燃料電池のセパレータの製造装置、および燃料電池のセパレータの製造方法
【課題】簡単な構成で、セパレータを均一な厚さに精度よく且つ効率よく製造することができる装置と、その製造方法を提供する。
【解決手段】第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定する板厚測定手段１０と、樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１と一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２とのクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０と、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを、板厚測定手段１０により測定された板厚Ｔ１と、樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２とを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段４０を制御する制御手段とを備えている。
【解決手段】第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定する板厚測定手段１０と、樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１と一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２とのクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０と、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを、板厚測定手段１０により測定された板厚Ｔ１と、樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２とを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段４０を制御する制御手段とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセパレータの製造装置、および燃料電池のセパレータの製造方法に関し、特に、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置、および、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、エンドプレートの間で荷重が掛けられ、所定の加圧力が付与された状態で挟持されている。各セルの電極部構成部品としては、電解質膜の両面に電極層を設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）と、ＭＥＡの両側に配置されたガス拡散層と、ガス拡散層へガスをそれぞれ流通させる多孔体とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品はセパレータにより挟持されている。ＭＥＡとその両側に配置されたガス拡散層とにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡと呼ばれる。
【０００３】
燃料電池のなかには、各セルが燃料電池構成部品の一方の面にセパレータを積重して構成されており、複数のセルを積層することにより、燃料電池構成部品がそのセルのセパレータと隣接する他のセルのセパレータとの間で挟持されるよう構成されたものがある。各セルには、反応ガスや冷却媒体を隣接する他のセルとの間で流通させるマニホールドを構成するためにガスケットが設けられる。
【０００４】
燃料電池のセパレータのなかには、その内部に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路を有するものがある（たとえば特許文献１）。このようなセパレータは、一般に本願の図６および図１１に示すように、第１プレート１を構成するカソードプレートとアノードプレートのいずれか一方と、第２プレート２を構成するカソードプレートとアノードプレートのいずれか他方との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を挟んでなる、所謂三層構造で構成されている。流路プレート３には、各セルに反応ガスや冷却媒体を分配して流通させるための流路をセパレータの内部に形成するための溝または孔が設けられており、第１プレート１と第２プレート２には流路プレート３の溝または孔の端部と対応してマニホールド孔が設けられている。このようなセパレータを構成する樹脂フレーム４として、流路プレートを収容する窓部４ａが形成された枠状の樹脂シート材が用いられている。樹脂フレーム４の厚さは流路プレート３よりも厚く成形されている。樹脂フレーム４は、その窓部４ａに流路プレート３を収容した状態で第１プレート１と第２プレート２の間に配置され、変形可能なように加熱されて、加圧（熱圧着）されることにより、第１プレート１と第２プレート２に挟まれた流路プレート３を囲繞してシールすると共に、第１プレート１と第２プレート２を溶着して一体に保持している。
【０００５】
このように構成されたセパレータを製造する場合、従来では、一般に単に樹脂フレーム４を加熱して、平面ホットプレスなどによって樹脂フレーム４が流路プレート３と同じ厚さとなるよう加圧していた。しかしながら、樹脂フレーム４は、変形可能に溶着され加圧された状態から室温に冷却されて固化または硬化（本発明では硬化も含めて固化という）すると、収縮する。そのため、樹脂フレーム４が流路プレート３と同じ厚さとなるよう加圧すると、その後樹脂フレーム４が固化するときに収縮し、製品としてセパレータＳが均一な厚さとならなくなる。
【０００６】
ここで、複数のセルを積層しその積層方向に所定の荷重をかける燃料電池にあっては、セパレータＳの厚さが部分的に異なると、その表面が平坦でなくなることから、その表面に成形されたガスケットが隣接する他のセルのセパレータＳの正しい位置に正しい姿勢で当接されなくなり、ガスケットと隣接する他のセルのセパレータＳとの間のシール性を確保できなくなる。そのため、各セルを構成するセパレータＳは、全面にわたって均等な厚さで精度よく製造することが要求される。
【０００７】
そこで、図１２の左方に参照されるように、相対的に凸部５０ａ’と凹部５０ｂ’が形成された治具５０’を使用することが考えられる。治具５０’の凸部５０ａ’は、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を、第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とが接合する厚さまで加圧するよう形成されている。また、治具５０’の凹部５０ｂ’は、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ４を加えた厚さまで加圧するよう形成されている。このように凸部５０ａ’と凹部５０ｂ’が形成された治具５０’は、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方に重合され、平面ホットプレスなどによって加圧されて、加熱された樹脂フレーム４をその固化により収縮する厚さＴ２分だけ流路プレート３よりも厚くなるように成形する。
【０００８】
さらに、別の従来の技術としては、特許文献２に開示されているように、一対の加圧加熱ローラの間でホットプレスすることにより、接合体を製造する装置および接合体製造方法が知られている。特許文献２では、固体高分子膜と触媒担持フィルムとを接合するためのものであり、一対の加熱加圧ローラ間に圧力を作用させる加圧装置が取り付けられていることが開示されている（００２０、および図１、図３）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７９７８７号公報
【特許文献２】特開２００１−１９６０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の技術のうち、治具５０’を積重して、加熱された樹脂フレーム４がその固化により収縮する厚さＴ４の分だけ流路プレート３よりも厚くなるよう平面ホットプレスなどによって加圧する場合には、平面ホットプレスを開閉して一枚づつ加圧し加工し、取り出して搬送するバッチ処理のために、成形サイクルタイムが長くなり、生産性を向上させることが困難であった。また、平面ホットプレスを開閉させるための設備や、製品となったセパレータを取り出して搬送するための設備が必要となるため、設備が大型化しコストがかかるなどの問題があった。
【００１１】
また、上記従来の技術のうち、特許文献２にあっては、固体高分子膜と触媒担持フィルムとを接合するためのものであることから、一対の加熱加圧ローラ間で圧力を作用させることにより均一な厚さに接合することができる。しかしながら、図１２に示すように、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１および／または第２プレート２と治具５０’を重合したものを特許文献１のような一対の加熱加圧ローラ３１’，３２’の間を通すことによって加圧する場合、一対の加熱加圧ローラ３１’，３２’の間のクリアランスＣ’を加圧後の第１プレート１、流路プレート３および樹脂フレーム４、第２プレート２と治具５０’との合計の厚さに設定すると、図１２の右方に示すように、最初に、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の搬送方向先端が加熱加圧ローラ３２’と衝突して、積重された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３および樹脂フレーム４がずれたり、加熱加圧ローラ３１’，３２’と線接触することによって部分的に加圧されて治具５０’が傾き、搬送方向前方における樹脂フレーム４や流路プレート３、治具５０’が積重された第１および／または第２プレート１，２を変形させて均一な厚さのセパレータＳを成形することができず、また、治具５０’が積重された第１および／または第２プレート１，２や流路プレート３を破損させるなどの問題が生じる。また、最初に治具５０’の先端だけが加熱加圧ローラ３１’，３２’と線接触し部分的に加圧されることなどによって、治具５０’の凸部５０ａ’と第１プレート１および／または第２プレート２の流路プレート３と対応する部分と、および、治具５０’の凹部５０ｂ’と第１プレート１および／または第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分とがそれぞれずれることとなり、正確な位置を加圧することができず、その結果、均一な厚さのセパレータSを成形することができないという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、セパレータを均一な厚さに精度よく且つ効率よく製造することができる装置と、その製造方法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】
【００１３】
請求項１の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合され、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３の燃料電池のセパレータの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱し、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送し加圧させることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４の燃料電池のセパレータの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱するとともに、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合し、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスをローラ間調整手段によって調整し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートおよび第２プレートと治具を複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送して加圧させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明によれば、セパレータを製造するに際して、板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、その後、加熱手段により第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する。また、制御手段は、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動する。この発明では治具を使用しないので加熱時の熱容量を小さくすることができ、したがって、加熱エネルギーが少なくて済むと共に、昇温時間を短くすることができる。また、第１プレートと第２プレートの間に配置され加熱された樹脂フレームが、板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔にクリアランスが調整された複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間を搬送されることにより、溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに成形されるため、均一な厚さのセパレータを製造することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。なお、制御手段はさらに、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置を通過したときに、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送して順次複数回加圧させるものであることが望ましい。このように、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置を通過したときに固定ローラと加圧接合ローラとを近接させて加圧することにより、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。
【００１８】
請求項２の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明によれば、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合される治具を予め用意しておく。治具には、相対的に凸部と凹部が形成されており、凸部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧するものであり、凹部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧するものである。また、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段として、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを設けておき、さらに、加圧手段の一体に連結された複数の加圧接合ローラを支持して固定ローラに対して近接・遠退移動させることにより加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段を予め設けておく。セパレータを製造するに際しては、加熱手段により第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する。また、これと前後して、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合する。そして、制御手段は、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを加圧手段により搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置に搬送されたときに、ローラ間調整手段を制御して、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させ、この状態でさらに間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートとこれに重合された治具とを搬送させて順次複数回加圧する。このとき、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくと一方の流路プレートと対応する位置が治具の凸部によって加圧され、第１プレートと第２プレートが流路プレートと接合されることとなる。ここで、流路プレートは、加圧されても厚さが変化しない定寸部である。そのため、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくと一方の樹脂フレームと対応する位置は、治具の凹部によって安定して正確な厚さに加圧されて、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときの収縮量を加えた厚さに樹脂フレームを正確且つ容易に成形する。そのため、樹脂フレームが固化し収縮すると、均一な厚さのセパレータを製造することができる。また、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置を通過して、流路プレートと対応する位置が複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとを近接させることにより加圧されるため、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを治具と積重して複数対の固定ローラと一体に連結された複数の加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。
【００１９】
請求項３の燃料電池のセパレータ製造方法に係る発明によれば、第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを予め用意しておく。セパレータを製造するに際しては、板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する。そして、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送し順次複数回加圧させる。この発明では治具を使用しないので加熱時の熱容量を小さくすることができ、したがって、加熱エネルギーが少なくて済むと共に、昇温時間を短くすることができる。また、第１プレートと第２プレートの間に配置され加熱された樹脂フレームが、板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔にクリアランスが調整された複数対の固定ローラと一体に連結された複数の加圧接合ローラとの間を搬送されることにより、溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに成形されるため、均一な厚さのセパレータを製造することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。なお、本発明ではさらに、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置を通過したときに、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送して順次複数回加圧することが望ましい。このように、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置を通過したときに複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとを近接させて加圧することにより、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。
【００２０】
請求項４の燃料電池のセパレータの製造方法に係る発明によれば、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合される治具と、複数の固定ローラおよび一体に連結された複数の加圧接合ローラを有する加圧手段と、加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを予め用意しておく。治具には、相対的に凸部と凹部が形成されており、凸部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧するものであり、凹部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧するものである。また、加圧手段の複数対の固定ローラおよび一体に連結された加圧接合ローラは、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧するものである。さらに、ローラ間調整手段は、加圧手段の一体に連結された複数の加圧接合ローラを支持して複数の固定ローラに対して近接・遠退移動させるものである。セパレータを製造するに際しては、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱するとともに、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合する。そして、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、クリアランスをローラ間調整手段によって複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラの間のクリアランスを調整して、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形する。この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートおよび第２プレートと治具を複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送して順次複数回加圧させる。ここで、流路プレートは、加圧されても厚さが変化しない定寸部である。そのため、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくと一方の樹脂フレームと対応する位置は、治具の凹部によって安定して正確な厚さに加圧されて、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときの収縮量を加えた厚さに樹脂フレームを正確且つ容易に成形する。そのため、樹脂フレームが固化し収縮すると、均一な厚さのセパレータを製造することができる。また、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置を通過して、流路プレートと対応する位置が固定ローラと加圧接合ローラとを近接させることにより加圧されるため、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを治具と積重して複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回で加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
最初に、本発明の燃料電池のセパレータを製造するための装置の、第１の実施の形態を、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池のセパレータＳの製造装置は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するためのものであって、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定する板厚測定手段１０と、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を搬送して加圧する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０と、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを、板厚測定手段１０により測定された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１と、樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２とを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段４０を制御する制御手段（後述する）と、を備えている。
【００２２】
セパレータ構成部材ｓのうち、第１プレート１と第２プレート２は、たとえばチタンなどからなる薄板状のものであり、燃料電池の各セルのＭＥＡのカソード側に配置されるカソードプレートとアノード側に配置されるアノードプレートのいずれかをそれぞれ構成する。流路プレ−ト３は、第１プレート１と第２プレート２との間に挟みこまれることによりセパレータＳの内部に反応ガスや冷却媒体などの所定の流体を流通させるための流路を形成する溝または長孔などが形成された板状のもので、第１プレート１と第２プレート２よりも小さく成形されている。流路プレート３は、後述する板厚測定手段１０の接触子１３，１４によって加圧される程度では厚さが変化することなく一定の寸法を維持する定寸部である。また、樹脂フレーム４は、中央に流路プレート３を収容するよう窓部４ａが形成された枠状の樹脂シート材からなるもので、流路プレート３の厚さよりも厚く成形されている。そして、樹脂フレーム４は、加熱されることにより変形可能となり、第１プレート１と第２プレート２の間に配置されて加熱されると共に加圧（熱圧着）されて溶着した状態から固化または硬化すると、第１プレート１と第２プレート２を接着して一体に保持し、流路プレート３の周囲を取り囲みシールすることができる材質により構成されている。このような材質の樹脂フレーム４では、一般に、変形可能に加熱されたときには膨張し、室温程度に冷却されて固化または硬化するときには収縮する。
【００２３】
板厚測定手段１０は、所定の高さに固定された回転駆動可能な搬送ローラ１１，１１間に配設された一対の接触子１３，１４を有するもので、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の略中央部（流路プレート３と対応する位置）を両接触子１３，１４で挟むように押圧することにより、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の厚さＴ１を測定する。ここで、流路プレート３は、樹脂フレーム４よりも薄いため、樹脂フレーム４に収容された状態でただ単に第１プレート１と第２プレート２との間に積重された状態（溶着する前の状態）では、図２に示した実施の形態の場合、第２プレート２から離間した状態となっている。しかしながら、第１プレート１と第２プレート２は、上述したように薄板状のものであるため、図３に示すように、両接触子１３，１４で挟むように押圧することにより弾性的に撓むため、流路プレート３と合わせた厚さＴ１を測定することができる。板厚測定手段１０により測定された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１は、制御手段に出力される。
【００２４】
加熱手段２０は、板厚測定手段１０と加圧手段２０の固定ローラ３１および加圧接合ローラ３２との間に配設された予備加熱手段２０Ａを含んでいる。予備加熱手段２０Ａは、板厚測定手段１０の搬送ローラ１１と略同じ所定の高さに固定された回転駆動可能な搬送ローラ２１の上方に配設されて、第１プレート１と第２プレート２の間に挟まれ流路プレート３を窓部４ａに収容した状態の樹脂フレーム４を所定の温度に加熱するもので、たとえば誘導加熱（ＩＨ）を利用するものやジュール熱による抵抗加熱（ＩＲ）を利用するものなどを採用することができる。また、加熱手段２０には、予備加熱手段２０Ａで加熱された樹脂フレーム４の温度を維持し、または、溶着に必要な温度にさらに加熱するために、後述する固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２の内部または周囲に設けられるヒータを含めることができる。
【００２５】
加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２は、互いに対応するよう対で配設されており、図１、図４、および図５に示した実施の形態では３対で構成されている。３個の固定ローラ３１は、板厚測定手段１０と予備加熱手段２０Ａの搬送ローラ１１，２２と略同じ高さに昇降移動不能に配列され固定されており、その軸の周りに制御可能に回転駆動され、積重されたセパレータ構成部材ｓの搬送と停止を任意に行うことができるよう構成されている。また、３個の加圧接合ローラ３２はその回転軸が連結部材３３によって一体に同じ高さで連結されており、連結部材３３はローラ間調整手段４０に支持されている。さらに、連結部材３３には、リニアガイド３４が設けられており、固定ローラ３１の列と加圧接合ローラ３２の列とがそれぞれ同じクリアランスＣで平行に昇降移動するよう案内される。なお、この実施の形態においては、セパレータ構成部材ｓを各図の左方から右方に搬送するもとして示したため、図１、図４、図５において最も左方に位置する固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２が搬送方向最上流側となる。
【００２６】
ローラ間調整手段４０は、サーボモータによって任意の量で伸長・退縮することが可能な作動杆４１を備えている。作動杆４１の先端に加圧接合ローラ３２の連結部材３３が接続されている。ローラ間調整手段４０の作動杆４１を伸長・退縮駆動することにより、３個の加圧接合ローラ３３が一体で、固定ローラ３１に対して近接・遠退するよう昇降移動され、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整し維持することができる。
【００２７】
制御手段は、セパレータＳに使用する樹脂フレーム４の変形可能に加熱された状態から室温程度に冷却されて固化または硬化するときに収縮する厚さＴ２（図５を参照）が予め記憶されている。そして、制御手段は、この収縮する厚さＴ２を板厚測定手段１０から入力された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１の測定結果に加える演算を行って、任意のタイミングで、その演算結果にしたがって固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整し、また固定ローラ３１から加圧接合ローラ３２を離間させるようにローラ間調整手段４０の駆動を制御する。また、制御手段は、セパレータ構成部材ｓの位置を検出して、その位置の検出結果に応じて搬送ローラ１１，２１と固定ローラ３１の回転駆動およびその停止を制御することができる。
【００２８】
次に、本発明の燃料電池の製造方法の第１の実施の形態を、上述したように構成された装置を使用する場合により、この装置の作動と共に図１〜図６に基づいて説明する。
本発明のセパレータＳの製造方法は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するための方法であって、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定する板厚測定手段１０と、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート３１と第２プレート３２を搬送して加圧する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０とを用意し、板厚測定手段１０により第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定し、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱し、板厚測定手段１０により測定された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１と、樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２とを加えた間隔に、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整させるようローラ間調整手段４０を駆動し、この状態でさらに加圧手段３０を駆動させて、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を複数対の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間で搬送することにより加圧させるものである。
【００２９】
最初に、上述したように構成された装置を予め用意する。そして、セパレータＳを製造するに際しては、第１プレート１上に樹脂フレーム４を位置決め載置し、樹脂フレーム４の窓部４ａ内に流路プレート３を位置決め収容し、その上に第２プレート２を位置決め載置するなどして、図２に示したように、第１プレート１と第２プレート２との間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置されたセパレータ構成部材ｓとする。そして、このセパレータ構成部材ｓを搬送ローラ１１上に配置して、その略中央が板厚測定手段１０の測定子１１，１１と対応する位置まで搬送する。続いて、測定子１１，１１を伸長させて第１プレート１と第２プレート２を押圧すると、図３に示したように、第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方が弾性的に撓み、流路プレート３が第１プレート１と第２プレート２に接合することとなる。板厚測定手段１０は、このときの測定子１１，１１の先端間の間隔を第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１として測定し、その板厚測定結果を制御手段に出力する。
【００３０】
第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１の測定が完了したら、測定子１３，１４が退縮され、搬送ロ−ラ１１，２１が駆動されて、加熱手段２０の予備加熱手段２０Ａの下を所定の速度で通過させ、または、予備加熱手段２０Ａの下で所定時間停止させて、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を所定温度に加熱する。なお、樹脂フレーム４を加熱する温度は、その材料特性によって異なり、また、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２にヒータが設けられている場合には、変形可能な温度まで加熱する必要はなく、変形可能な温度以下に加熱される。
【００３１】
樹脂フレーム４が予備加熱手段２０Ａによって所定温度まで加熱され加圧手段３へと搬出されるまでには、ローラ間調整手段４０の作動杆４１が退縮されて、その先端に接続された連結部材３３に支持されている加圧接合ローラ３２は、固定ローラ３１から遠退しており（図４に示した実線を参照）、セパレータ構成部材ｓの搬送経路から上方に退避した状態とされている。そして、図４に示すように、セパレータ構成部材ｓの搬送方向先端部（図４の右方端面）が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２を通過したら、この通過をセンサなどによって検出し、制御手段に出力する。そして、制御手段は、ローラ間調整手段４０の作動杆４１を伸長駆動して加圧接合ローラ３２を固定ローラ３１に近接移動させる。このとき、制御手段は、図４に鎖線で示すように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２のクリアランスＣが、先に測定された第１プレート１、第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１に、予め設定され記憶された樹脂フレームの所定温度に加熱された状態から室温に冷却されるときの収縮する厚さＴ２を加えた間隔（長さ）となるように調整する。この固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２のクリアランスＣの調整を行うときには、セパレータ構成部材ｓの搬送を停止させてもよく、また、セパレータ構成部材ｓを搬送しながらでもよい。
【００３２】
セパレータ構成部材ｓの搬送方向先端部が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２を通過してから、固定ローラ３１に対して退避していた加圧接合ローラ３２のクリアランスＣを調整することにより、セパレータ構成部材ｓは、その搬送方向の中間部が固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって搬送されつつ加圧される。そして、最初にセパレータ構成部材ｓの搬送方向中間部が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって既に押さえられた状態で、図４および図５における中央と右方の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって搬送方向先端部から順次複数回加圧されて樹脂フレーム４が成形され、全面にわたって第１プレート１、第２プレート２、流路プレート３の合計の板厚Ｔ１に樹脂フレーム４の冷却により収縮する厚さＴ２を加えたクリアランスＣと同じ均一な厚さとなる。
【００３３】
その後、樹脂フレーム４が室温程度まで冷却されることにより収縮すると、図６に示すように、流路プレート３が第１プレート１と第２プレート２にそれぞれ接し、樹脂フレーム４が第１プレート１と第２プレート２を溶着して流路プレート３の周囲をシールしてなるセパレータＳを、全面にわたって安定した均一な厚さで容易に製造することができる。
【００３４】
この発明では、特に、図１２に示したような治具５０，５１などを使用する必要がないので、設備コストがかからず、また、樹脂フレーム４を変形可能とすべく加熱するときの熱容量が小さくなるため、加熱エネルギを少なくするとができると共に昇温時間を短くすることができることから、搬送速度を早くすることができるので、生産性を向上させることができる。また、この発明では、各セパレータ構成部材ｓの第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定して、その測定結果に基づいて固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２の間のクリアランスＣを設定し調整するため、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の板厚にバラツキがある場合であっても、精度よく第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１に樹脂フレーム４の冷却に伴う厚さ方向の収縮量Ｔ２を加えた所定の厚さに樹脂フレーム４を安定して確実に成形することができる。
【００３５】
次に、本発明の燃料電池のセパレータＳを製造するための装置の、第２の実施の形態を、図７〜図９に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセパレータＳの製造装置は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するためのものであって、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方に重合され、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を、第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とが接合する厚さまで加圧する凸部５０ａ、および、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで加圧する凹部５０ｂを有する治具５０と、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を前記治具３１と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０と、加圧手段３０の固定ローラ３１から加圧接合ローラ３２を退避させた状態で、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を搬送させ、そして、第１プレート１と第２プレート２の流路プレート３を配置された領域Ｒが前記加圧接合ローラ３２のうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ３２と対応する位置Ｐに搬送されたときに、間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置された第１プレート１および第２プレート２と重合された治具５０とを加圧させて前記治具５０の凸部５０ａが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を加圧して第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とを接合させると共に、前記治具５０の凹部５０ｂが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム３と対応する部分の領域Ｒを加圧して流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に樹脂フレーム４を成形するように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整させるようローラ間調整手段４０を制御する制御手段と、を備えている。
【００３６】
図７〜図９に示した実施の形態における治具５０は、平板状の第１治具５１と、凸部と凹部を有する第２治具５２とにより構成されている。第２治具５２の一方の面には、相対的に凸部５０ａと凹部５０ｂが形成されている。第２治具５２の凹部５０ｂは、第１プレート１と第２プレート２よりも大きい面積を有しており、その略中央に凸部５０ａが形成されている。図７〜図９に示した第２治具５２の凸部５０ａは、流路プレート３と略同じ大きさの面積を有しており、後述するように固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間でセパレータ構成部材ｓが加圧されたときに、重合された第２プレート２の流路プレート３と対応する部分の領域Ｒを押圧して流路プレート３と第１プレート１および第２プレート２とを接合させ、且つ、凹部５０ｂが第１プレート１と第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分の領域Ｒを、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで押圧するように、凹部５０ｂから相対的に突出させて形成されている。なお、図７〜図９に示した実施の形態では、第２プレート２上に凸部５０ａと凹部５０ｂとを有する第２治具５２を積重し、セパレータ構成部材ｓを平板状の第１治具５１上に配置するものであったが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、図１０に示すように、第１治具５３と第２治具５４の双方が凸部５０ｃと凹部５０ｄとを有しており、凹部５０ｄに対して凸部５０ｃが図７〜図９に示した第２治具５２における凸部５０ａの略半分の厚さだけ突出するように成形されたものとすることもできる。
【００３７】
なお、制御手段が行う制御内容については、本発明のセパレータの製造方法の第２の実施の形態（後述する）で併せて説明する。
【００３８】
次に、本発明のセパレータの製造方法の第２の実施の形態を、上述した第２の実施の形態における製造装置を使用する場合により、その作動と共に図７〜図９に基づいて説明する。
本発明のセパレータの製造方法方は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するものであって、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を、第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とが接合する厚さまで加圧する凸部５０ａ、並びに、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで加圧する凹部５０ｂを有する治具５０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を前記治具５０と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段３０と、該加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスを調整するローラ間調整手段４０とを用意し、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱するとともに、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方に治具５０を重合し、加圧手段３０の固定ローラ３１から加圧接合ローラ３２を退避させた状態で、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を搬送させ、そして、第１プレート１と第２プレート２の流路プレート３と対応する領域Ｒが搬送方向最上流側の加圧接合ローラ３２と対応する位置Ｐに搬送されたときに、間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置された第１プレート１および第２プレート２と重合された治具５０とを加圧させて治具５０の凸部５０ａが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を加圧して第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とを接合させると共に、治具５０の凹部５０ｂが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を加圧して流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に樹脂フレーム４を成形するように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣをローラ間調整手段４０によって調整し、この状態でさらに加圧手段３０を駆動させて、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１および第２プレート２と治具５０を複数対の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間で搬送して加圧させるものである。
【００３９】
最初に、上述したように構成された装置を予め用意する。そして、セパレータＳを製造するに際しては、第１治具５１上に第１プレート１を位置決め載置し、第１プレート１上に樹脂フレーム４を位置決め載置し、樹脂フレーム４の窓部４ａ内に流路プレート３を位置決め収容し、その上に第２プレート２を位置決め載置し、第２プレート２上に第２治具５２の凸部５０ａが接するように第２治具５２を位置決め載置するなどして、図７に示したように、第１プレート１と第２プレート２との間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置されたセパレータ構成部材ｓを、第１治具５１と第２治具５２との間に挟みこむように積重する。そして、このセパレータ構成部材ｓが重合された第１治具５１と第２治具５２を搬送ローラ１１，１１上に配置して、搬送ローラ１１，１１を回転駆動することにより、加熱手段２０の予備加熱手段２０Ａの下を所定の速度で通過させ、または、予備加熱手段２０Ａの下で所定時間停止させて、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を所定温度に加熱する。
【００４０】
樹脂フレーム４が予備加熱手段２０Ａによって所定温度まで加熱され搬出されるまでには、ローラ間調整手段４０の作動杆４１が退縮されて、その先端に接続された連結部材３３に支持されている加圧接合ローラ３２は、図８に示すように、固定ローラ３１から遠退しており、セパレータ構成部材ｓの搬送経路の上方に退避した状態とされている。そして、第２プレート２の流路プレート３と対応する領域Ｒ（第２治具５２の凸部５０ａと対応する領域ということもできる）が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２と対応する位置（図８の矢印の位置Ｐを参照）に搬送されたら、この位置Ｐへの搬送をセンサなどによって検出し、制御手段に出力するる。そして、制御手段は、ローラ間調整手段４０の作動杆４１を伸長駆動して加圧接合ローラ３２を固定ローラ３１に近接移動させる。このとき、制御手段は、図９に示すように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２のクリアランスＣが、第２治具５２に形成された凸部５０ａによって第２プレート２の流路プレート３と対応する部分の領域Ｒを加圧して、第２プレート２が流路プレート３と接合するよう調整する。そして、この状態のとき、第２治具５２の凹部５０ｂは、図７にｔで示したように、凸部５０ａに対して相対的に所定の高さで凹設されているため、第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで加圧することとなる。
【００４１】
このクリアランスＣを維持した状態で固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２を回転駆動してセパレータ構成部材ｓを挟み込んだ第１および第２治具５１，５２を搬送することにより加圧する。ここで、流路プレート３は、第２治具５２の凸部５０ａによって加圧されてもその厚さが変化しない定寸部である。したがって、第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分を第２治具５２の凸部５０ａが第２プレート２の流路プレート３と対応する部分によって位置決めされることとなり、その凹部５０ｂは、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときの収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に樹脂フレーム４を成形するように、第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分を精度よく且つ容易に加圧することができる。そのため、第２治具５２の凹部５０ｂは、樹脂フレーム４が、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の固化に伴い収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に安定して正確に成形される。そして、最初に第２治具５２の凸部５０ａが搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって既に押さえられた状態で、図に９おける中央と右方の固定ローラ３１と加圧接合ローラ５２によって搬送方向先端部から順次複数回加圧されて樹脂フレーム４を略全面にわたって均一な厚さＴ４で成形することとなり、しかも、第２治具５２が従来の技術のように（図１２の右方を参照）加圧接合ローラ３２に衝突して傾いたりずれたりするなどを防止することができる。
【００４２】
その後、樹脂フレーム４が室温程度まで冷却されることにより収縮すると、図６に示したように、流路プレート３が第１プレート１と第２プレート２にそれぞれ接し、樹脂フレーム４が第１プレート１と第２プレート２を溶着して流路プレート３の周囲をシールしてなるセパレータＳを、全面にわたって安定した均一な厚さで容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のセパレータ製造装置の第１の実施の形態を示す概念図である。
【図２】セパレータ構成部材を単に積重した状態を示す断面図である。
【図３】板厚測定手段によって第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する状態を示す説明図である。
【図４】加圧手段の固定ローラに対して加圧接合ローラを退避させた状態から、所定のクリアランスに調整して加圧する状態を示す説明図である。
【図５】図４の状態から固定ローラと加圧接合ローラとの間でセパレータ構成部材を搬送して樹脂フレームを所定の厚さに成形した状態を示す説明図である。
【図６】図５の状態から樹脂フレームが冷却されて収縮し、流路プレートと同じ厚さとなったセパレータを示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を説明するために、治具の間にセパレータ構成部材を積重した状態を示す断面図である。
【図８】図７に示した治具とセパレータ構成部材を加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間に搬送した状態を示す説明図である。
【図９】図８の状態から固定ローラと加圧接合ローラとを所定のクリアランスに調整して搬送することにより第２プレートの流路プレートが対応する部分と樹脂フレームが対応する部分をそれぞれ治具の凸部と凹部により所定の形状に成形した状態を説明するために示した断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の変形例を示すもので、第１治具と第２治具の双方に凸部と凹部を形成した場合を示す断面図である。
【図１１】一般的な三層構造のセパレータの構成部材を説明するために示した斜視図である。
【図１２】セパレータ構成部材に治具を積重して従来の加圧接合ローラ間に搬送し、治具が加圧接合ローラに衝突して傾斜した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ：セパレータ、 ｓ：セパレータ構成部材、 １：第１プレート、 ２：第２プレート、 ３：流路プレート、 ４：樹脂フレーム、 １０：板厚測定手段、 ２０：加熱手段、 ３０：加圧手段、 ３１：固定ローラ、 ３２：加圧接合ローラ、 ３３：連結部材、 ４０：ローラ間調整手段、 ５０：治具、 ５０ａ：凸部、 ５０ｂ：凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセパレータの製造装置、および燃料電池のセパレータの製造方法に関し、特に、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置、および、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、複数のセルを積層することにより構成されている。積層されたセルは、エンドプレートの間で荷重が掛けられ、所定の加圧力が付与された状態で挟持されている。各セルの電極部構成部品としては、電解質膜の両面に電極層を設けてなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）と、ＭＥＡの両側に配置されたガス拡散層と、ガス拡散層へガスをそれぞれ流通させる多孔体とを含んでおり、これらの燃料電池構成部品はセパレータにより挟持されている。ＭＥＡとその両側に配置されたガス拡散層とにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡと呼ばれる。
【０００３】
燃料電池のなかには、各セルが燃料電池構成部品の一方の面にセパレータを積重して構成されており、複数のセルを積層することにより、燃料電池構成部品がそのセルのセパレータと隣接する他のセルのセパレータとの間で挟持されるよう構成されたものがある。各セルには、反応ガスや冷却媒体を隣接する他のセルとの間で流通させるマニホールドを構成するためにガスケットが設けられる。
【０００４】
燃料電池のセパレータのなかには、その内部に反応ガスや冷却媒体を流通させるための流路を有するものがある（たとえば特許文献１）。このようなセパレータは、一般に本願の図６および図１１に示すように、第１プレート１を構成するカソードプレートとアノードプレートのいずれか一方と、第２プレート２を構成するカソードプレートとアノードプレートのいずれか他方との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を挟んでなる、所謂三層構造で構成されている。流路プレート３には、各セルに反応ガスや冷却媒体を分配して流通させるための流路をセパレータの内部に形成するための溝または孔が設けられており、第１プレート１と第２プレート２には流路プレート３の溝または孔の端部と対応してマニホールド孔が設けられている。このようなセパレータを構成する樹脂フレーム４として、流路プレートを収容する窓部４ａが形成された枠状の樹脂シート材が用いられている。樹脂フレーム４の厚さは流路プレート３よりも厚く成形されている。樹脂フレーム４は、その窓部４ａに流路プレート３を収容した状態で第１プレート１と第２プレート２の間に配置され、変形可能なように加熱されて、加圧（熱圧着）されることにより、第１プレート１と第２プレート２に挟まれた流路プレート３を囲繞してシールすると共に、第１プレート１と第２プレート２を溶着して一体に保持している。
【０００５】
このように構成されたセパレータを製造する場合、従来では、一般に単に樹脂フレーム４を加熱して、平面ホットプレスなどによって樹脂フレーム４が流路プレート３と同じ厚さとなるよう加圧していた。しかしながら、樹脂フレーム４は、変形可能に溶着され加圧された状態から室温に冷却されて固化または硬化（本発明では硬化も含めて固化という）すると、収縮する。そのため、樹脂フレーム４が流路プレート３と同じ厚さとなるよう加圧すると、その後樹脂フレーム４が固化するときに収縮し、製品としてセパレータＳが均一な厚さとならなくなる。
【０００６】
ここで、複数のセルを積層しその積層方向に所定の荷重をかける燃料電池にあっては、セパレータＳの厚さが部分的に異なると、その表面が平坦でなくなることから、その表面に成形されたガスケットが隣接する他のセルのセパレータＳの正しい位置に正しい姿勢で当接されなくなり、ガスケットと隣接する他のセルのセパレータＳとの間のシール性を確保できなくなる。そのため、各セルを構成するセパレータＳは、全面にわたって均等な厚さで精度よく製造することが要求される。
【０００７】
そこで、図１２の左方に参照されるように、相対的に凸部５０ａ’と凹部５０ｂ’が形成された治具５０’を使用することが考えられる。治具５０’の凸部５０ａ’は、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を、第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とが接合する厚さまで加圧するよう形成されている。また、治具５０’の凹部５０ｂ’は、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ４を加えた厚さまで加圧するよう形成されている。このように凸部５０ａ’と凹部５０ｂ’が形成された治具５０’は、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方に重合され、平面ホットプレスなどによって加圧されて、加熱された樹脂フレーム４をその固化により収縮する厚さＴ２分だけ流路プレート３よりも厚くなるように成形する。
【０００８】
さらに、別の従来の技術としては、特許文献２に開示されているように、一対の加圧加熱ローラの間でホットプレスすることにより、接合体を製造する装置および接合体製造方法が知られている。特許文献２では、固体高分子膜と触媒担持フィルムとを接合するためのものであり、一対の加熱加圧ローラ間に圧力を作用させる加圧装置が取り付けられていることが開示されている（００２０、および図１、図３）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１７９７８７号公報
【特許文献２】特開２００１−１９６０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の技術のうち、治具５０’を積重して、加熱された樹脂フレーム４がその固化により収縮する厚さＴ４の分だけ流路プレート３よりも厚くなるよう平面ホットプレスなどによって加圧する場合には、平面ホットプレスを開閉して一枚づつ加圧し加工し、取り出して搬送するバッチ処理のために、成形サイクルタイムが長くなり、生産性を向上させることが困難であった。また、平面ホットプレスを開閉させるための設備や、製品となったセパレータを取り出して搬送するための設備が必要となるため、設備が大型化しコストがかかるなどの問題があった。
【００１１】
また、上記従来の技術のうち、特許文献２にあっては、固体高分子膜と触媒担持フィルムとを接合するためのものであることから、一対の加熱加圧ローラ間で圧力を作用させることにより均一な厚さに接合することができる。しかしながら、図１２に示すように、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１および／または第２プレート２と治具５０’を重合したものを特許文献１のような一対の加熱加圧ローラ３１’，３２’の間を通すことによって加圧する場合、一対の加熱加圧ローラ３１’，３２’の間のクリアランスＣ’を加圧後の第１プレート１、流路プレート３および樹脂フレーム４、第２プレート２と治具５０’との合計の厚さに設定すると、図１２の右方に示すように、最初に、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の搬送方向先端が加熱加圧ローラ３２’と衝突して、積重された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３および樹脂フレーム４がずれたり、加熱加圧ローラ３１’，３２’と線接触することによって部分的に加圧されて治具５０’が傾き、搬送方向前方における樹脂フレーム４や流路プレート３、治具５０’が積重された第１および／または第２プレート１，２を変形させて均一な厚さのセパレータＳを成形することができず、また、治具５０’が積重された第１および／または第２プレート１，２や流路プレート３を破損させるなどの問題が生じる。また、最初に治具５０’の先端だけが加熱加圧ローラ３１’，３２’と線接触し部分的に加圧されることなどによって、治具５０’の凸部５０ａ’と第１プレート１および／または第２プレート２の流路プレート３と対応する部分と、および、治具５０’の凹部５０ｂ’と第１プレート１および／または第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分とがそれぞれずれることとなり、正確な位置を加圧することができず、その結果、均一な厚さのセパレータSを成形することができないという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、セパレータを均一な厚さに精度よく且つ効率よく製造することができる装置と、その製造方法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】
【００１３】
請求項１の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合され、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３の燃料電池のセパレータの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱し、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送し加圧させることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４の燃料電池のセパレータの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱するとともに、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合し、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスをローラ間調整手段によって調整し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートおよび第２プレートと治具を複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送して加圧させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明によれば、セパレータを製造するに際して、板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、その後、加熱手段により第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する。また、制御手段は、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動する。この発明では治具を使用しないので加熱時の熱容量を小さくすることができ、したがって、加熱エネルギーが少なくて済むと共に、昇温時間を短くすることができる。また、第１プレートと第２プレートの間に配置され加熱された樹脂フレームが、板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔にクリアランスが調整された複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間を搬送されることにより、溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに成形されるため、均一な厚さのセパレータを製造することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。なお、制御手段はさらに、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置を通過したときに、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送して順次複数回加圧させるものであることが望ましい。このように、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置を通過したときに固定ローラと加圧接合ローラとを近接させて加圧することにより、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。
【００１８】
請求項２の燃料電池のセパレータ製造装置に係る発明によれば、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合される治具を予め用意しておく。治具には、相対的に凸部と凹部が形成されており、凸部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧するものであり、凹部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧するものである。また、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段として、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを設けておき、さらに、加圧手段の一体に連結された複数の加圧接合ローラを支持して固定ローラに対して近接・遠退移動させることにより加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段を予め設けておく。セパレータを製造するに際しては、加熱手段により第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する。また、これと前後して、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合する。そして、制御手段は、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを加圧手段により搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置に搬送されたときに、ローラ間調整手段を制御して、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させ、この状態でさらに間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートとこれに重合された治具とを搬送させて順次複数回加圧する。このとき、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくと一方の流路プレートと対応する位置が治具の凸部によって加圧され、第１プレートと第２プレートが流路プレートと接合されることとなる。ここで、流路プレートは、加圧されても厚さが変化しない定寸部である。そのため、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくと一方の樹脂フレームと対応する位置は、治具の凹部によって安定して正確な厚さに加圧されて、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときの収縮量を加えた厚さに樹脂フレームを正確且つ容易に成形する。そのため、樹脂フレームが固化し収縮すると、均一な厚さのセパレータを製造することができる。また、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置を通過して、流路プレートと対応する位置が複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとを近接させることにより加圧されるため、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを治具と積重して複数対の固定ローラと一体に連結された複数の加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。
【００１９】
請求項３の燃料電池のセパレータ製造方法に係る発明によれば、第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを予め用意しておく。セパレータを製造するに際しては、板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する。そして、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送し順次複数回加圧させる。この発明では治具を使用しないので加熱時の熱容量を小さくすることができ、したがって、加熱エネルギーが少なくて済むと共に、昇温時間を短くすることができる。また、第１プレートと第２プレートの間に配置され加熱された樹脂フレームが、板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔にクリアランスが調整された複数対の固定ローラと一体に連結された複数の加圧接合ローラとの間を搬送されることにより、溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに成形されるため、均一な厚さのセパレータを製造することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。なお、本発明ではさらに、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置を通過したときに、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送して順次複数回加圧することが望ましい。このように、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置を通過したときに複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとを近接させて加圧することにより、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。
【００２０】
請求項４の燃料電池のセパレータの製造方法に係る発明によれば、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合される治具と、複数の固定ローラおよび一体に連結された複数の加圧接合ローラを有する加圧手段と、加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを予め用意しておく。治具には、相対的に凸部と凹部が形成されており、凸部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧するものであり、凹部は、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧するものである。また、加圧手段の複数対の固定ローラおよび一体に連結された加圧接合ローラは、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧するものである。さらに、ローラ間調整手段は、加圧手段の一体に連結された複数の加圧接合ローラを支持して複数の固定ローラに対して近接・遠退移動させるものである。セパレータを製造するに際しては、第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱するとともに、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合する。そして、加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、クリアランスをローラ間調整手段によって複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラの間のクリアランスを調整して、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形する。この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートおよび第２プレートと治具を複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送して順次複数回加圧させる。ここで、流路プレートは、加圧されても厚さが変化しない定寸部である。そのため、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくと一方の樹脂フレームと対応する位置は、治具の凹部によって安定して正確な厚さに加圧されて、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときの収縮量を加えた厚さに樹脂フレームを正確且つ容易に成形する。そのため、樹脂フレームが固化し収縮すると、均一な厚さのセパレータを製造することができる。また、第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が前記一体に連結された複数の加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ（搬送方向と反対側に位置する加圧接合ローラ）と対応する位置を通過して、流路プレートと対応する位置が固定ローラと加圧接合ローラとを近接させることにより加圧されるため、間に配置された流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの搬送方向先端が固定ローラと加圧接合ローラに衝突してずれるのを防止することができる。そして、間に流路プレートと加熱された樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートを治具と積重して複数対の固定ローラと一体に連結された加圧接合ローラとの間で搬送するだけで順次複数回で加圧することができることから、従来の平面ホットプレスを使用する場合と比較して成形サイクルタイムを短くすることができ、また設備コストを低減させることができ、したがって生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
最初に、本発明の燃料電池のセパレータを製造するための装置の、第１の実施の形態を、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池のセパレータＳの製造装置は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するためのものであって、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定する板厚測定手段１０と、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を搬送して加圧する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０と、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを、板厚測定手段１０により測定された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１と、樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２とを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段４０を制御する制御手段（後述する）と、を備えている。
【００２２】
セパレータ構成部材ｓのうち、第１プレート１と第２プレート２は、たとえばチタンなどからなる薄板状のものであり、燃料電池の各セルのＭＥＡのカソード側に配置されるカソードプレートとアノード側に配置されるアノードプレートのいずれかをそれぞれ構成する。流路プレ−ト３は、第１プレート１と第２プレート２との間に挟みこまれることによりセパレータＳの内部に反応ガスや冷却媒体などの所定の流体を流通させるための流路を形成する溝または長孔などが形成された板状のもので、第１プレート１と第２プレート２よりも小さく成形されている。流路プレート３は、後述する板厚測定手段１０の接触子１３，１４によって加圧される程度では厚さが変化することなく一定の寸法を維持する定寸部である。また、樹脂フレーム４は、中央に流路プレート３を収容するよう窓部４ａが形成された枠状の樹脂シート材からなるもので、流路プレート３の厚さよりも厚く成形されている。そして、樹脂フレーム４は、加熱されることにより変形可能となり、第１プレート１と第２プレート２の間に配置されて加熱されると共に加圧（熱圧着）されて溶着した状態から固化または硬化すると、第１プレート１と第２プレート２を接着して一体に保持し、流路プレート３の周囲を取り囲みシールすることができる材質により構成されている。このような材質の樹脂フレーム４では、一般に、変形可能に加熱されたときには膨張し、室温程度に冷却されて固化または硬化するときには収縮する。
【００２３】
板厚測定手段１０は、所定の高さに固定された回転駆動可能な搬送ローラ１１，１１間に配設された一対の接触子１３，１４を有するもので、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の略中央部（流路プレート３と対応する位置）を両接触子１３，１４で挟むように押圧することにより、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の厚さＴ１を測定する。ここで、流路プレート３は、樹脂フレーム４よりも薄いため、樹脂フレーム４に収容された状態でただ単に第１プレート１と第２プレート２との間に積重された状態（溶着する前の状態）では、図２に示した実施の形態の場合、第２プレート２から離間した状態となっている。しかしながら、第１プレート１と第２プレート２は、上述したように薄板状のものであるため、図３に示すように、両接触子１３，１４で挟むように押圧することにより弾性的に撓むため、流路プレート３と合わせた厚さＴ１を測定することができる。板厚測定手段１０により測定された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１は、制御手段に出力される。
【００２４】
加熱手段２０は、板厚測定手段１０と加圧手段２０の固定ローラ３１および加圧接合ローラ３２との間に配設された予備加熱手段２０Ａを含んでいる。予備加熱手段２０Ａは、板厚測定手段１０の搬送ローラ１１と略同じ所定の高さに固定された回転駆動可能な搬送ローラ２１の上方に配設されて、第１プレート１と第２プレート２の間に挟まれ流路プレート３を窓部４ａに収容した状態の樹脂フレーム４を所定の温度に加熱するもので、たとえば誘導加熱（ＩＨ）を利用するものやジュール熱による抵抗加熱（ＩＲ）を利用するものなどを採用することができる。また、加熱手段２０には、予備加熱手段２０Ａで加熱された樹脂フレーム４の温度を維持し、または、溶着に必要な温度にさらに加熱するために、後述する固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２の内部または周囲に設けられるヒータを含めることができる。
【００２５】
加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２は、互いに対応するよう対で配設されており、図１、図４、および図５に示した実施の形態では３対で構成されている。３個の固定ローラ３１は、板厚測定手段１０と予備加熱手段２０Ａの搬送ローラ１１，２２と略同じ高さに昇降移動不能に配列され固定されており、その軸の周りに制御可能に回転駆動され、積重されたセパレータ構成部材ｓの搬送と停止を任意に行うことができるよう構成されている。また、３個の加圧接合ローラ３２はその回転軸が連結部材３３によって一体に同じ高さで連結されており、連結部材３３はローラ間調整手段４０に支持されている。さらに、連結部材３３には、リニアガイド３４が設けられており、固定ローラ３１の列と加圧接合ローラ３２の列とがそれぞれ同じクリアランスＣで平行に昇降移動するよう案内される。なお、この実施の形態においては、セパレータ構成部材ｓを各図の左方から右方に搬送するもとして示したため、図１、図４、図５において最も左方に位置する固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２が搬送方向最上流側となる。
【００２６】
ローラ間調整手段４０は、サーボモータによって任意の量で伸長・退縮することが可能な作動杆４１を備えている。作動杆４１の先端に加圧接合ローラ３２の連結部材３３が接続されている。ローラ間調整手段４０の作動杆４１を伸長・退縮駆動することにより、３個の加圧接合ローラ３３が一体で、固定ローラ３１に対して近接・遠退するよう昇降移動され、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整し維持することができる。
【００２７】
制御手段は、セパレータＳに使用する樹脂フレーム４の変形可能に加熱された状態から室温程度に冷却されて固化または硬化するときに収縮する厚さＴ２（図５を参照）が予め記憶されている。そして、制御手段は、この収縮する厚さＴ２を板厚測定手段１０から入力された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１の測定結果に加える演算を行って、任意のタイミングで、その演算結果にしたがって固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整し、また固定ローラ３１から加圧接合ローラ３２を離間させるようにローラ間調整手段４０の駆動を制御する。また、制御手段は、セパレータ構成部材ｓの位置を検出して、その位置の検出結果に応じて搬送ローラ１１，２１と固定ローラ３１の回転駆動およびその停止を制御することができる。
【００２８】
次に、本発明の燃料電池の製造方法の第１の実施の形態を、上述したように構成された装置を使用する場合により、この装置の作動と共に図１〜図６に基づいて説明する。
本発明のセパレータＳの製造方法は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するための方法であって、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定する板厚測定手段１０と、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート３１と第２プレート３２を搬送して加圧する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０とを用意し、板厚測定手段１０により第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定し、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱し、板厚測定手段１０により測定された第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１と、樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２とを加えた間隔に、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整させるようローラ間調整手段４０を駆動し、この状態でさらに加圧手段３０を駆動させて、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を複数対の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間で搬送することにより加圧させるものである。
【００２９】
最初に、上述したように構成された装置を予め用意する。そして、セパレータＳを製造するに際しては、第１プレート１上に樹脂フレーム４を位置決め載置し、樹脂フレーム４の窓部４ａ内に流路プレート３を位置決め収容し、その上に第２プレート２を位置決め載置するなどして、図２に示したように、第１プレート１と第２プレート２との間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置されたセパレータ構成部材ｓとする。そして、このセパレータ構成部材ｓを搬送ローラ１１上に配置して、その略中央が板厚測定手段１０の測定子１１，１１と対応する位置まで搬送する。続いて、測定子１１，１１を伸長させて第１プレート１と第２プレート２を押圧すると、図３に示したように、第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方が弾性的に撓み、流路プレート３が第１プレート１と第２プレート２に接合することとなる。板厚測定手段１０は、このときの測定子１１，１１の先端間の間隔を第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１として測定し、その板厚測定結果を制御手段に出力する。
【００３０】
第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１の測定が完了したら、測定子１３，１４が退縮され、搬送ロ−ラ１１，２１が駆動されて、加熱手段２０の予備加熱手段２０Ａの下を所定の速度で通過させ、または、予備加熱手段２０Ａの下で所定時間停止させて、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を所定温度に加熱する。なお、樹脂フレーム４を加熱する温度は、その材料特性によって異なり、また、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２にヒータが設けられている場合には、変形可能な温度まで加熱する必要はなく、変形可能な温度以下に加熱される。
【００３１】
樹脂フレーム４が予備加熱手段２０Ａによって所定温度まで加熱され加圧手段３へと搬出されるまでには、ローラ間調整手段４０の作動杆４１が退縮されて、その先端に接続された連結部材３３に支持されている加圧接合ローラ３２は、固定ローラ３１から遠退しており（図４に示した実線を参照）、セパレータ構成部材ｓの搬送経路から上方に退避した状態とされている。そして、図４に示すように、セパレータ構成部材ｓの搬送方向先端部（図４の右方端面）が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２を通過したら、この通過をセンサなどによって検出し、制御手段に出力する。そして、制御手段は、ローラ間調整手段４０の作動杆４１を伸長駆動して加圧接合ローラ３２を固定ローラ３１に近接移動させる。このとき、制御手段は、図４に鎖線で示すように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２のクリアランスＣが、先に測定された第１プレート１、第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１に、予め設定され記憶された樹脂フレームの所定温度に加熱された状態から室温に冷却されるときの収縮する厚さＴ２を加えた間隔（長さ）となるように調整する。この固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２のクリアランスＣの調整を行うときには、セパレータ構成部材ｓの搬送を停止させてもよく、また、セパレータ構成部材ｓを搬送しながらでもよい。
【００３２】
セパレータ構成部材ｓの搬送方向先端部が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２を通過してから、固定ローラ３１に対して退避していた加圧接合ローラ３２のクリアランスＣを調整することにより、セパレータ構成部材ｓは、その搬送方向の中間部が固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって搬送されつつ加圧される。そして、最初にセパレータ構成部材ｓの搬送方向中間部が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって既に押さえられた状態で、図４および図５における中央と右方の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって搬送方向先端部から順次複数回加圧されて樹脂フレーム４が成形され、全面にわたって第１プレート１、第２プレート２、流路プレート３の合計の板厚Ｔ１に樹脂フレーム４の冷却により収縮する厚さＴ２を加えたクリアランスＣと同じ均一な厚さとなる。
【００３３】
その後、樹脂フレーム４が室温程度まで冷却されることにより収縮すると、図６に示すように、流路プレート３が第１プレート１と第２プレート２にそれぞれ接し、樹脂フレーム４が第１プレート１と第２プレート２を溶着して流路プレート３の周囲をシールしてなるセパレータＳを、全面にわたって安定した均一な厚さで容易に製造することができる。
【００３４】
この発明では、特に、図１２に示したような治具５０，５１などを使用する必要がないので、設備コストがかからず、また、樹脂フレーム４を変形可能とすべく加熱するときの熱容量が小さくなるため、加熱エネルギを少なくするとができると共に昇温時間を短くすることができることから、搬送速度を早くすることができるので、生産性を向上させることができる。また、この発明では、各セパレータ構成部材ｓの第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１を測定して、その測定結果に基づいて固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２の間のクリアランスＣを設定し調整するため、第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の板厚にバラツキがある場合であっても、精度よく第１プレート１と第２プレート２と流路プレート３の合計の板厚Ｔ１に樹脂フレーム４の冷却に伴う厚さ方向の収縮量Ｔ２を加えた所定の厚さに樹脂フレーム４を安定して確実に成形することができる。
【００３５】
次に、本発明の燃料電池のセパレータＳを製造するための装置の、第２の実施の形態を、図７〜図９に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明することとする。
本発明の燃料電池のセパレータＳの製造装置は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するためのものであって、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方に重合され、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を、第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とが接合する厚さまで加圧する凸部５０ａ、および、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで加圧する凹部５０ｂを有する治具５０と、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱する加熱手段２０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を前記治具３１と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段３０と、加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整するローラ間調整手段４０と、加圧手段３０の固定ローラ３１から加圧接合ローラ３２を退避させた状態で、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を搬送させ、そして、第１プレート１と第２プレート２の流路プレート３を配置された領域Ｒが前記加圧接合ローラ３２のうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラ３２と対応する位置Ｐに搬送されたときに、間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置された第１プレート１および第２プレート２と重合された治具５０とを加圧させて前記治具５０の凸部５０ａが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を加圧して第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とを接合させると共に、前記治具５０の凹部５０ｂが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム３と対応する部分の領域Ｒを加圧して流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に樹脂フレーム４を成形するように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣを調整させるようローラ間調整手段４０を制御する制御手段と、を備えている。
【００３６】
図７〜図９に示した実施の形態における治具５０は、平板状の第１治具５１と、凸部と凹部を有する第２治具５２とにより構成されている。第２治具５２の一方の面には、相対的に凸部５０ａと凹部５０ｂが形成されている。第２治具５２の凹部５０ｂは、第１プレート１と第２プレート２よりも大きい面積を有しており、その略中央に凸部５０ａが形成されている。図７〜図９に示した第２治具５２の凸部５０ａは、流路プレート３と略同じ大きさの面積を有しており、後述するように固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間でセパレータ構成部材ｓが加圧されたときに、重合された第２プレート２の流路プレート３と対応する部分の領域Ｒを押圧して流路プレート３と第１プレート１および第２プレート２とを接合させ、且つ、凹部５０ｂが第１プレート１と第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分の領域Ｒを、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで押圧するように、凹部５０ｂから相対的に突出させて形成されている。なお、図７〜図９に示した実施の形態では、第２プレート２上に凸部５０ａと凹部５０ｂとを有する第２治具５２を積重し、セパレータ構成部材ｓを平板状の第１治具５１上に配置するものであったが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、図１０に示すように、第１治具５３と第２治具５４の双方が凸部５０ｃと凹部５０ｄとを有しており、凹部５０ｄに対して凸部５０ｃが図７〜図９に示した第２治具５２における凸部５０ａの略半分の厚さだけ突出するように成形されたものとすることもできる。
【００３７】
なお、制御手段が行う制御内容については、本発明のセパレータの製造方法の第２の実施の形態（後述する）で併せて説明する。
【００３８】
次に、本発明のセパレータの製造方法の第２の実施の形態を、上述した第２の実施の形態における製造装置を使用する場合により、その作動と共に図７〜図９に基づいて説明する。
本発明のセパレータの製造方法方は、概略、第１プレート１と第２プレート２との間に、流路プレート３と樹脂フレーム４を配置し熱圧着して、流路プレート３を挟持した第１プレート１と第２プレート２とを樹脂フレーム４で溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータＳを製造するものであって、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を、第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とが接合する厚さまで加圧する凸部５０ａ、並びに、第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで加圧する凹部５０ｂを有する治具５０と、複数の固定ローラ３１、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラ３２を有し、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を前記治具５０と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段３０と、該加圧手段３０の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスを調整するローラ間調整手段４０とを用意し、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を変形可能に加熱するとともに、間に流路プレート３と樹脂フレーム４が配置された第１プレート１と第２プレート２の少なくとも一方に治具５０を重合し、加圧手段３０の固定ローラ３１から加圧接合ローラ３２を退避させた状態で、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１と第２プレート２を搬送させ、そして、第１プレート１と第２プレート２の流路プレート３と対応する領域Ｒが搬送方向最上流側の加圧接合ローラ３２と対応する位置Ｐに搬送されたときに、間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置された第１プレート１および第２プレート２と重合された治具５０とを加圧させて治具５０の凸部５０ａが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の流路プレート３と対応する部分を加圧して第１プレート１および第２プレート２と流路プレート３とを接合させると共に、治具５０の凹部５０ｂが第１プレート１および第２プレート２の少なくとも一方の樹脂フレーム４と対応する部分を加圧して流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に樹脂フレーム４を成形するように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間のクリアランスＣをローラ間調整手段４０によって調整し、この状態でさらに加圧手段３０を駆動させて、流路プレート３と加熱された樹脂フレーム４が間に配置された第１プレート１および第２プレート２と治具５０を複数対の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２との間で搬送して加圧させるものである。
【００３９】
最初に、上述したように構成された装置を予め用意する。そして、セパレータＳを製造するに際しては、第１治具５１上に第１プレート１を位置決め載置し、第１プレート１上に樹脂フレーム４を位置決め載置し、樹脂フレーム４の窓部４ａ内に流路プレート３を位置決め収容し、その上に第２プレート２を位置決め載置し、第２プレート２上に第２治具５２の凸部５０ａが接するように第２治具５２を位置決め載置するなどして、図７に示したように、第１プレート１と第２プレート２との間に流路プレート３および樹脂フレーム４が配置されたセパレータ構成部材ｓを、第１治具５１と第２治具５２との間に挟みこむように積重する。そして、このセパレータ構成部材ｓが重合された第１治具５１と第２治具５２を搬送ローラ１１，１１上に配置して、搬送ローラ１１，１１を回転駆動することにより、加熱手段２０の予備加熱手段２０Ａの下を所定の速度で通過させ、または、予備加熱手段２０Ａの下で所定時間停止させて、第１プレート１と第２プレート２との間に配置された樹脂フレーム４を所定温度に加熱する。
【００４０】
樹脂フレーム４が予備加熱手段２０Ａによって所定温度まで加熱され搬出されるまでには、ローラ間調整手段４０の作動杆４１が退縮されて、その先端に接続された連結部材３３に支持されている加圧接合ローラ３２は、図８に示すように、固定ローラ３１から遠退しており、セパレータ構成部材ｓの搬送経路の上方に退避した状態とされている。そして、第２プレート２の流路プレート３と対応する領域Ｒ（第２治具５２の凸部５０ａと対応する領域ということもできる）が搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２と対応する位置（図８の矢印の位置Ｐを参照）に搬送されたら、この位置Ｐへの搬送をセンサなどによって検出し、制御手段に出力するる。そして、制御手段は、ローラ間調整手段４０の作動杆４１を伸長駆動して加圧接合ローラ３２を固定ローラ３１に近接移動させる。このとき、制御手段は、図９に示すように、固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２のクリアランスＣが、第２治具５２に形成された凸部５０ａによって第２プレート２の流路プレート３と対応する部分の領域Ｒを加圧して、第２プレート２が流路プレート３と接合するよう調整する。そして、この状態のとき、第２治具５２の凹部５０ｂは、図７にｔで示したように、凸部５０ａに対して相対的に所定の高さで凹設されているため、第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分を、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときに収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４まで加圧することとなる。
【００４１】
このクリアランスＣを維持した状態で固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２を回転駆動してセパレータ構成部材ｓを挟み込んだ第１および第２治具５１，５２を搬送することにより加圧する。ここで、流路プレート３は、第２治具５２の凸部５０ａによって加圧されてもその厚さが変化しない定寸部である。したがって、第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分を第２治具５２の凸部５０ａが第２プレート２の流路プレート３と対応する部分によって位置決めされることとなり、その凹部５０ｂは、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の溶着時から固化するときの収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に樹脂フレーム４を成形するように、第２プレート２の樹脂フレーム４と対応する部分を精度よく且つ容易に加圧することができる。そのため、第２治具５２の凹部５０ｂは、樹脂フレーム４が、流路プレート３の厚さＴ３に樹脂フレーム４の固化に伴い収縮する厚さＴ２を加えた厚さＴ４に安定して正確に成形される。そして、最初に第２治具５２の凸部５０ａが搬送方向最上流側の固定ローラ３１と加圧接合ローラ３２によって既に押さえられた状態で、図に９おける中央と右方の固定ローラ３１と加圧接合ローラ５２によって搬送方向先端部から順次複数回加圧されて樹脂フレーム４を略全面にわたって均一な厚さＴ４で成形することとなり、しかも、第２治具５２が従来の技術のように（図１２の右方を参照）加圧接合ローラ３２に衝突して傾いたりずれたりするなどを防止することができる。
【００４２】
その後、樹脂フレーム４が室温程度まで冷却されることにより収縮すると、図６に示したように、流路プレート３が第１プレート１と第２プレート２にそれぞれ接し、樹脂フレーム４が第１プレート１と第２プレート２を溶着して流路プレート３の周囲をシールしてなるセパレータＳを、全面にわたって安定した均一な厚さで容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のセパレータ製造装置の第１の実施の形態を示す概念図である。
【図２】セパレータ構成部材を単に積重した状態を示す断面図である。
【図３】板厚測定手段によって第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する状態を示す説明図である。
【図４】加圧手段の固定ローラに対して加圧接合ローラを退避させた状態から、所定のクリアランスに調整して加圧する状態を示す説明図である。
【図５】図４の状態から固定ローラと加圧接合ローラとの間でセパレータ構成部材を搬送して樹脂フレームを所定の厚さに成形した状態を示す説明図である。
【図６】図５の状態から樹脂フレームが冷却されて収縮し、流路プレートと同じ厚さとなったセパレータを示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を説明するために、治具の間にセパレータ構成部材を積重した状態を示す断面図である。
【図８】図７に示した治具とセパレータ構成部材を加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間に搬送した状態を示す説明図である。
【図９】図８の状態から固定ローラと加圧接合ローラとを所定のクリアランスに調整して搬送することにより第２プレートの流路プレートが対応する部分と樹脂フレームが対応する部分をそれぞれ治具の凸部と凹部により所定の形状に成形した状態を説明するために示した断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の変形例を示すもので、第１治具と第２治具の双方に凸部と凹部を形成した場合を示す断面図である。
【図１１】一般的な三層構造のセパレータの構成部材を説明するために示した斜視図である。
【図１２】セパレータ構成部材に治具を積重して従来の加圧接合ローラ間に搬送し、治具が加圧接合ローラに衝突して傾斜した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ：セパレータ、 ｓ：セパレータ構成部材、 １：第１プレート、 ２：第２プレート、 ３：流路プレート、 ４：樹脂フレーム、 １０：板厚測定手段、 ２０：加熱手段、 ３０：加圧手段、 ３１：固定ローラ、 ３２：加圧接合ローラ、 ３３：連結部材、 ４０：ローラ間調整手段、 ５０：治具、 ５０ａ：凸部、 ５０ｂ：凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、
第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、
複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、
該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、
固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池のセパレータ製造装置。
【請求項２】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、
間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合され、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、
複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、
該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、
加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池のセパレータ製造装置。
【請求項３】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、
第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、
板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱し、
前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送し加圧させることを特徴とする燃料電池のセパレータの製造方法。
【請求項４】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、
第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱するとともに、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合し、
加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスをローラ間調整手段によって調整し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートおよび第２プレートと治具を複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送して加圧させることを特徴とする燃料電池のセパレータの製造方法。
【請求項１】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、
第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、
複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、
該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、
固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを、前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池のセパレータ製造装置。
【請求項２】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造するための装置であって、
間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に重合され、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱する加熱手段と、
複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、
該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段と、
加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池のセパレータ製造装置。
【請求項３】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、
第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定する板厚測定手段と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、
板厚測定手段により第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚を測定し、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱し、
前記板厚測定手段により測定された第１プレートと第２プレートと流路プレートの合計の板厚と、樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さとを加えた間隔に、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整させるようローラ間調整手段を駆動し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送し加圧させることを特徴とする燃料電池のセパレータの製造方法。
【請求項４】
第１プレートと第２プレートとの間に、流路プレートと樹脂フレームを配置し熱圧着して、流路プレートを挟持した第１プレートと第２プレートとを樹脂フレームで溶着することにより、内部に流体流路が形成された燃料電池のセパレータを製造する方法であって、
第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を、第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとが接合する厚さまで加圧する凸部、および、第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を、流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さまで加圧する凹部を有する治具と、複数の固定ローラ、および、一体に連結された複数の加圧接合ローラを有し、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを前記治具と重合された状態で搬送して加圧する加圧手段と、該加圧手段の固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスを調整するローラ間調整手段とを用意し、
第１プレートと第２プレートとの間に配置された樹脂フレームを変形可能に加熱するとともに、間に流路プレートと樹脂フレームが配置された第１プレートと第２プレートの少なくとも一方に治具を重合し、
加圧手段の固定ローラから加圧接合ローラを退避させた状態で、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートと第２プレートを搬送させ、そして、第１プレートと第２プレートの流路プレートを配置された領域が前記加圧接合ローラのうちの搬送方向最上流側の加圧接合ローラと対応する位置に搬送されたときに、間に流路プレートおよび樹脂フレームが配置された第１プレートおよび第２プレートと重合された治具とを加圧させて前記治具の凸部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の流路プレートと対応する部分を加圧して第１プレートおよび第２プレートと流路プレートとを接合させると共に、前記治具の凹部が第１プレートおよび第２プレートの少なくとも一方の樹脂フレームと対応する部分を加圧して流路プレートの厚さに樹脂フレームの溶着時から固化するときに収縮する厚さを加えた厚さに樹脂フレームを成形するように、固定ローラと加圧接合ローラとの間のクリアランスをローラ間調整手段によって調整し、この状態でさらに加圧手段を駆動させて、流路プレートと加熱された樹脂フレームが間に配置された第１プレートおよび第２プレートと治具を複数対の固定ローラと加圧接合ローラとの間で搬送して加圧させることを特徴とする燃料電池のセパレータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１４６７９７（Ｐ２０１０−１４６７９７Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２０９２６（Ｐ２００８−３２０９２６）
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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