(57)【要約】【課題】原料の歩留まりを向上させ、空気の混入を抑制し成形材料を均質に充填しつつ成形時の損傷を抑制して簡便に熱圧成形し得る金型を提供する。【解決手段】下型は、中央部に樹脂組成物原料充填用凹部が形成され、その周辺部に樹脂組成物成形用凹部が形成され、外周部に下型外周部側壁が形成されてなるものであり、上型は、中央部に樹脂組成物押圧用凸部が形成され、その周辺部に樹脂組成物押圧用平坦部が形成され、外周部に上型外周部側壁が形成されてなるものであり、下型および上型は、押圧時に嵌合して樹脂組成物を下型の中央部から外周部に流動させつつ樹脂組成物製平板を押圧成形し得るように設計されてなり、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型の表面または上型の表面に形成される前記樹脂組成物成形用凹部以外の凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなり、下型外周部側壁および上型外周部側壁は、下型および上型の嵌合時に５０〜１５０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなる金型である。【選択図】図１
2014159091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する略枠形状の樹脂組成物製平板を製造するための金型であって、
一対の下型および上型を有し、
前記下型は、中央部に樹脂組成物原料充填用凹部が形成され、その周辺部に前記枠形状に対応する形状に彫り込まれた樹脂組成物成形用凹部が形成され、外周部に下型外周部側壁が形成されてなるものであり、
前記上型は、中央部の前記下型の樹脂組成物充填用凹部に対応する位置に樹脂組成物押圧用凸部が形成され、その周辺部の前記下型の樹脂組成物成形用凹部に対応する位置に樹脂組成物押圧用平坦部が形成され、外周部の前記下型外周部側壁に対応する位置に上型外周部側壁が形成されてなるものであり、
前記下型および上型は、押圧時に嵌合して前記樹脂組成物を下型の中央部から外周部に流動させつつ樹脂組成物製平板を押圧成形し得るように設計されてなるものであって、
前記樹脂組成物が流動する空間を形成する前記下型の表面または上型の表面に形成される前記樹脂組成物成形用凹部以外の凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなり、
前記下型外周部側壁および上型外周部側壁は、下型および上型の嵌合時に５０〜１５０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなる
ことを特徴とする金型。
【請求項２】
前記略枠形状の樹脂組成物製平板が、枠部にも中空部が形成されてなるものであり、
前記下型が、樹脂組成物原料充填用凹部の周辺部において、樹脂組成物成形用凹部として内周側成形用凹部および外周側成形用凹部が形成されてなるものである
請求項１に記載の金型。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の金型を用いて略枠形状の樹脂組成物製平板を製造する方法であって、
熱硬化性樹脂バインダーおよび炭素質粉末を含み、前記熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対し、炭素質粉末２０〜１００質量部を配合してなる樹脂組成物を、
前記下型の樹脂組成物充填用凹部に充填した後、前記上型を嵌合して、１５０〜２００℃の温度条件下、５〜３０ＭＰａで熱圧プレス成形する
ことを特徴とする樹脂組成物製平板の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂組成物が平板状に予備成形されてなるものである請求項３に記載の樹脂組成物製平板の製造方法。
【請求項５】
前記略枠形状の樹脂組成物製平板が、燃料電池用フレーム部材である請求項３または請求項４に記載の樹脂組成物製平板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に燃料電池用フレーム部材等の樹脂組成物製平板の製造に好適に使用し得る金型および樹脂組成物製平板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するもので、電気エネルギーへの変換効率が高く、騒音や振動も少ないことから、携帯機器、自動車、鉄道、コジェネレーション等の多様な分野における電源として今後の発展が期待されている。
【０００３】
燃料電池のうち、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、イオン伝導性を有する高分子膜（イオン交換膜）の両面を白金などの触媒を担持させたアノード電極板およびカソード電極板で挟み、その両外側に板状セパレータを配してなる単セルを基本構成単位とし、この単セルを数十〜数百個積層させたスタックとその外側に設けた２つの集電体等から構成されてなるものである。
ＰＥＦＣのうち、車載用ＰＥＦＣにおいては、１スタックあたり数百個の単セルが積層されることから、使用されるセパレータ数も数百枚に亘る。
【０００４】
ＰＥＦＣ用のセパレータとしては、種々の形態を有するものが提案されているが、近年、アノード電極に対向する燃料ガスプレート（アノードプレート）と、カソード電極に対向する酸化剤ガスプレート（カソードプレート）と、これ等のプレートに挟持される中間プレート（フレーム部材）を備えてなるものが提案されるに至っている（特許文献１（特開２０１０−４０４５０号公報）参照）。
上記セパレータにおいては、セパレータを構成する各プレートに、燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ外部から供給し排出するための貫通孔が設けられるとともに、フレーム部材を介してアノードプレートからアノード電極に燃料ガスを供給する連通孔と、フレーム部材を介してカソードプレートからカソード電極に酸化剤ガスを供給する連通孔とが設けられ、上記構造を有するために均一なガス供給が可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４０４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、車載用ＰＥＦＣのセパレータとして、薄型で軽量なものが求められるようになっていることから、スタックを形成する個々のセパレータやフレーム部材において、組立時や締結時の荷重に耐え得る、より高い強度を有するものが求められるようになっている。
さらに、車載用ＰＥＦＣのセパレータとしては、ＰＥＦＣの起動、停止による冷熱サイクルに伴う膨張収縮の繰り返しや、自動車の振動による負荷に耐え得る高度の耐久性（疲労特性）や信頼性を有するものが求められるようになっており、
フレーム部材としても同様の特性を有するものが求められている。
【０００７】
一方、上記燃料電池用のフレーム部材は、工業的にはフラッシュ型圧縮成形金型により製造されており、例えば、図３（ａ）に示す平面形状を有するフレーム部材Ｆを形成するフラッシュ型圧縮成形金型として、図３（ｂ）に断面の模式図で示す下型１２および上型１３を有する金型１１を挙げることができる。
【０００８】
図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す金型１１の右側点線部を拡大した図である。
フラッシュ型圧縮成形金型１１を用いてフレーム部材Ｆを製造する場合、図３（ｃ）に示す下型１２の中央部に設けられた樹脂組成物充填用凹部１４に熱硬化性樹脂組成物Ｒを充填した後、加熱条件下、上型１３に設けられた樹脂組成物押圧用凸部１８により上部から下型１２を押圧する。上記樹脂組成物充填用凹部１４に充填された熱硬化性樹脂組成物Ｒは、上型１３に押圧されることによって、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部１５ａ、１５ｂを満たしつつ、矢印Ｄで示される端部方向に流動する。図３（ｃ）に示す例においては、樹脂組成物Ｒの流動時に余剰の樹脂組成物Ｒを収容するスペースを確保する目的で、上型１３に余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部（バリ溝）１６ａ、１６ｂが設けられており、上記樹脂組成物Ｒは、上記凹部１６ａ、１６ｂによって形成される流動空間内を通過しつつ、端部方向に流動する。上型１３を目的位置まで押圧すると、下型１２に設けられた樹脂組成物成形用凹部１５ａ、１５ｂ内に所望量の樹脂組成物Ｒが充填され、当該樹脂組成物Ｒが上型１３に設けられた樹脂組成物押圧用平坦部１９ａ、１９ｂにより押圧され、成形されるとともに、余剰の樹脂組成物Ｒは、上型に設けられた余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部１６ａ、１６ｂと下型表面によって形成される空間内に収容されるとともに、上型１３の端部と下型１２の端部間に形成される隙間Ｇから流出する。
上記加圧状態を維持しつつ、熱硬化温度以上の温度条件下で所定時間上型および下型を加熱して硬化させた後、離型して、得られた硬化成形物の中空部形成部分と外周部の余剰部分(バリ)を切断し、適宜、切削、研磨処理することにより、図３（ａ）に示す平面形状を有するフレーム部材Ｆを作製することができる。
【０００９】
しかしながら、上記樹脂組成物Ｒを構成する樹脂の粘度が低い場合には、加圧成形時に上記金型１１端部の隙間Ｇから樹脂組成物Ｒが流出し易くなり、下型１２に設けられた樹脂組成物成形用凹部１５ａ、１５ｂの四隅の部分に樹脂組成物Ｒが行き渡り難くなって、充填不良を生じ易くなる。このため、従来は、上記充填不良を回避するために、必要量よりも過剰量の樹脂組成物を金型内に充填する必要があったが、原料歩留まりが悪くなるばかりか、金型からはみ出した樹脂組成物を取り払う作業も必要となるため、工業的に簡便に量産し難いという技術課題が存在していた。
【００１０】
また、樹脂組成物Ｒの粘度を向上させ、得られるフレーム部材の熱膨張係数を金属製セパレータの熱膨張係数と同等にするために、樹脂組成物内にガラス繊維等のフィラーを配合することが行われているが、樹脂組成物Ｒが金型１１端部の隙間Ｇから流出する際に下型１２と上型１３の表面に当接しながら流出するために、フィラー成分によっては金型の表面を損傷する場合があった。
【００１１】
さらに、フラッシュ型圧縮成形金型１１においては、樹脂組成物Ｒを矢印Ｄで示される端部方向に流動する際に、下型１２および上型１３間に形成される空間内の空気も同方向に押し出すが、上記樹脂組成物Ｒが下型１２と上型１３によって形成される空間内を流動する際に、上記空間内に残留する空気を巻き込みつつ流動し、加圧成形されるために、得られる成形体に気孔が形成され、この気孔によって得られる成形体の曲げ強度および繰り返し曲げ疲労強度が低下し易くなるという技術課題が存在していた。
【００１２】
上記フラッシュ型圧縮成形金型を用いた樹脂組成物の成形は、燃料電池用フレーム部材の製造分野以外の分野においても広く行われており、粘度等の物性調整のために、例えば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂に対して、木質粉やガラス繊維、タルク等の各種フィラー材を添加することが行われているが、これ等の分野においても、空気の混入を抑制し成形材料を均質に充填しつつ熱圧成形し得る金型や、残留空気の混入による気孔の形成が抑制され、成形材料が均質に分散されてなる樹脂組成物製成形体が求められるようになっていた。
【００１３】
このような状況下、本発明は、原料の歩留まりを向上させ、空気の混入を抑制し成形材料を均質に充填しつつ、成形時の損傷を抑制して簡便に熱圧成形し得る金型を提供するとともに、残留空気の混入による気孔の形成が抑制され、成形材料が均質に分散されてなり、優れた強度および耐久性を発揮し得る樹脂組成物製平板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記技術課題を解決するために本発明者がさらに検討したところ、中空部を有する略枠形状の樹脂組成物製平板を製造するための金型であって、一対の下型および上型を有し、下型は、中央部に樹脂組成物原料充填用凹部が形成され、その周辺部に樹脂組成物成形用凹部が形成され、外周部に下型外周部側壁が形成されてなるものであり、上型は、中央部に樹脂組成物押圧用凸部が形成され、その周辺部に樹脂組成物押圧用平坦部が形成され、外周部に上型外周部側壁が形成されてなるものであり、下型および上型は、押圧時に嵌合して樹脂組成物を下型の中央部から外周部に流動させつつ樹脂組成物製平板を押圧成形し得るように設計されてなり、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型の表面または上型の表面に形成される前記樹脂組成物成形用凹部以外の凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなり、下型外周部側壁および上型外周部側壁は、下型および上型の嵌合時に５０〜１５０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなる金型によって上記技術課題を解決し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、
（１）中空部を有する略枠形状の樹脂組成物製平板を製造するための金型であって、
一対の下型および上型を有し、
前記下型は、中央部に樹脂組成物原料充填用凹部が形成され、その周辺部に前記枠形状に対応する形状に彫り込まれた樹脂組成物成形用凹部が形成され、外周部に下型外周部側壁が形成されてなるものであり、
前記上型は、中央部の前記下型の樹脂組成物充填用凹部に対応する位置に樹脂組成物押圧用凸部が形成され、その周辺部の前記下型の樹脂組成物成形用凹部に対応する位置に樹脂組成物押圧用平坦部が形成され、外周部の前記下型外周部側壁に対応する位置に上型外周部側壁が形成されてなるものであり、
前記下型および上型は、押圧時に嵌合して前記樹脂組成物を下型の中央部から外周部に流動させつつ樹脂組成物製平板を押圧成形し得るように設計されてなるものであって、
前記樹脂組成物が流動する空間を形成する前記下型の表面または上型の表面に形成される前記樹脂組成物成形用凹部以外の凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなり、
前記下型外周部側壁および上型外周部側壁は、下型および上型の嵌合時に５０〜１５０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなる
ことを特徴とする金型、
（２）前記略枠形状の樹脂組成物製平板が、枠部にも中空部が形成されてなるものであり、
前記下型が、樹脂組成物原料充填用凹部の周辺部において、樹脂組成物成形用凹部として内周側成形用凹部および外周側成形用凹部が形成されてなるものである
上記（１）に記載の金型、
（３）上記（１）または（２）に記載の金型を用いて略枠形状の樹脂組成物製平板を製造する方法であって、
熱硬化性樹脂バインダーおよび炭素質粉末を含み、前記熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対し、炭素質粉末２０〜１００質量部を配合してなる樹脂組成物を、
前記下型の樹脂組成物充填用凹部に充填した後、前記上型を嵌合して、１５０〜２００℃の温度条件下、５〜３０ＭＰａで熱圧プレス成形する
ことを特徴とする樹脂組成物製平板の製造方法、
（４）前記樹脂組成物が平板状に予備成形されてなるものである上記（３）に記載の樹脂組成物製平板の製造方法、
（５）前記略枠形状の樹脂組成物製平板が、燃料電池用フレーム部材である上記（３）または（４）に記載の樹脂組成物製平板の製造方法
を提供するものである。
なお、以下、燃料電池用フレーム部材を、適宜フレーム部材と称することとする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、原料の歩留まりを向上させ、空気の混入を抑制し成形材料を均質に充填しつつ、成形時の損傷を抑制して簡便に熱圧成形し得る金型を提供するとともに、残留空気の混入による気孔の形成が抑制され、成形材料が均質に分散されてなり、優れた強度および耐久性を発揮し得る樹脂組成物製平板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る金型の一形態例を示すための図であって、図１（ａ）は、当該金型を用いて形成しようとする中空部Ｈを有する略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆの平面図であり、図１（ｂ）は、本形態例に係る金型の断面の模式図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す金型１の右側点線部の拡大図である。
【図２】図２は、本発明に係る金型の他の形態例を示すための図であって、図２（ａ）は、当該金型を用いて形成しようとする中空部Ｈを有する略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆの平面図であり、図２（ｂ）は、本形態例に係る金型の断面の模式図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す金型１の右側点線部の拡大図である。
【図３】図３は、従来の金型を説明するための図であって、図３（ａ）は、当該金型を用いて形成しようとする中空部Ｈを有する略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆの平面図であり、図３（ｂ）は、当該金型の断面の模式図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す金型１の右側点線部の拡大図である。
【図４】図４は、本発明の比較例に係る金型を説明するための図であって、図４（ａ）は、当該金型を用いて形成しようとする中空部Ｈを有する略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆの平面図であり、図４（ｂ）は、当該金型の断面の模式図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す金型１の右側点線部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
先ず、本発明の金型について説明する。
本発明の金型は、中空部を有する略枠形状の樹脂組成物製平板を製造するための金型であって、一対の下型および上型を有し、前記下型は、中央部に樹脂組成物原料充填用凹部が形成され、その周辺部に前記枠形状に対応する形状に彫り込まれた樹脂組成物成形用凹部が形成され、外周部に下型外周部側壁が形成されてなるものであり、前記上型は、中央部の前記下型の樹脂組成物充填用凹部に対応する位置に樹脂組成物押圧用凸部が形成され、その周辺部の前記下型の樹脂組成物成形用凹部に対応する位置に樹脂組成物押圧用平坦部が形成され、外周部の前記下型外周部側壁に対応する位置に上型外周部側壁が形成されてなるものであり、前記下型および上型は、押圧時に嵌合して前記樹脂組成物を下型の中央部から外周部に流動させつつ樹脂組成物製平板を押圧成形し得るように設計されてなるものであって、前記樹脂組成物が流動する空間を形成する前記下型の表面または上型の表面に形成される前記樹脂組成物成形用凹部以外の凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなり、前記下型外周部側壁および上型外周部側壁は、下型および上型の嵌合時に５０〜１５０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなることを特徴とするものである。
【００１９】
以下、本発明の金型について、適宜図面を参照しつつ説明するものとする。
図１は、本発明に係る金型の一形態例を示すための図であって、図１（ａ）は、当該金型を用いて形成しようとする中空部Ｈを有する略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆの平面図であり、図１（ｂ）は、本形態例に係る金型１の断面の模式図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す金型１の右側点線部の拡大図である。
【００２０】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、本発明に係る金型１は、中空部を有する略枠形状の樹脂組成物製平板を製造するための金型であって、一対の下型２と上型３とを有している。
【００２１】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、下型２は、中央部に樹脂組成物原料充填用凹部４が形成され、その周辺部に上記枠形状に対応する形状に彫り込まれた樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂが形成され、外周部に下型外周部側壁７が形成されてなるものである。
【００２２】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、樹脂組成物原料充填用凹部４は、成形対象となる樹脂組成物Ｒの充填スペースを形成するものであり、得られる樹脂組成物製平板を構成する枠部で囲まれた中央中空部の形成位置を規定するものであることが好ましい。
本発明の金型において、樹脂組成物原料充填用凹部の深さＬ（樹脂組成物原料充填用凹部の最深部と上型を下型に嵌合したときに形成される成形面との高さの差）は特に制限されないが、上型を嵌合して、樹脂組成物を下型の端部方向に流動させたときに、樹脂組成物流動空間形成用凹部内に必要量の樹脂組成物を充足し得る十分な樹脂組成物充填空間を形成し得る深さであることが好ましく、深さ１．０〜３．０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２３】
本発明の金型において、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型の表面または上型の表面に形成される樹脂組成物成形用凹部以外の凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなるものであり、当該角部は、好ましくは曲率半径０．５〜３．０ｍｍ、より好ましくは曲率半径１．０〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは曲率半径２．０〜３．０ｍｍの曲面により形成されてなるものであることが好ましい。
このため、本発明の金型において、樹脂組成物原料充填用凹部も、その角部の少なくとも一部が、好ましくは曲率半径０．５〜３．０ｍｍ、より好ましくは曲率半径１．０〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは曲率半径２．０〜３．０ｍｍの曲面により形成されてなるものであることが好ましい。
上述したように、従来のフラッシュ型圧縮成形金型においては、樹脂組成物の流動時に空気を巻き込んで得られる樹脂組成物製平板に気孔を形成し易くなるが、本発明の金型においては、樹脂組成物の流動空間を形成する下型表面または上型表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部の角部が曲面により形成されてなるものであるため、樹脂組成物の流動時に金型内の残留空気を外部に押出し易くなり、得られる樹脂組成物製平板内への気孔の形成を抑制することができる。
【００２４】
樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂの形状は、得ようとする樹脂組成物製平板Ｆの枠状部の形状によって規定される。
図１（ｂ）や図１（ｃ）に例示するように、本発明の金型において、樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂの底部は、上記樹脂組成物原料充填用凹部４の底部よりも高い位置に位置するように設計されてなるものであることが好ましく、このように設計することにより、上型を嵌合したときに樹脂組成物を樹脂組成物成形用凹部に均一に充足し易くなる。
【００２５】
下型外周部側壁７は、後述するように、上型と嵌合したときに樹脂組成物の流出を抑制する防護壁の役割を果たすものである。
本発明の金型において、下型外周部側壁の高さｌ（下型外周部側壁の頂部と上型を下型に嵌合したときに形成される成形面との高さの差）は、上型と嵌合したときに樹脂組成物の流出を抑制し得るものである限り特に制限されないが、高さ３．０〜１０．０ｍｍ程度であることが好ましい。
本発明の金型において、下型外周部側壁は、上型を下型に嵌合したときに形成される成形面に対し、８５〜８９°の傾斜角αを形成し得るものであることが好ましく、９０°程度の傾斜角を形成し得るものであることがより好ましい。
なお、本発明の金型においては、下型外周部側壁が成す傾斜角αとは、図１に示すように、下型外周部側壁７に対応する平面と上型を下型に嵌合したときに形成される成形面に対応する平面とが成す角度を意味する。このため、本発明の金型においては、図１に示すように、下型外周部側壁７の成形面側端部が曲面状に形成されてなる場合であっても、下型外周部側壁７に対応する平面が成す仮想線と上型を下型に嵌合したときに形成される成形面に対応する平面が成す仮想線を描くことにより、傾斜角αを求めることができる。
【００２６】
本発明の金型において、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型の表面または上型の表面に形成される樹脂組成物成形用凹部以外の凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなるものであり、下型外周部側壁の端部も少なくとも一部も、好ましくは曲率半径０．５〜３．０ｍｍ、より好ましくは曲率半径１．０〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは曲率半径２．０〜３．０ｍｍの曲面により形成されてなるものであることが好ましい。
上述したように、従来のフラッシュ型圧縮成形金型においては、樹脂組成物の流動時に空気を巻き込んで得られる樹脂組成物製平板に気孔を形成し易くなるが、本発明の金型においては、樹脂組成物の流動空間を形成する下型表面または上型表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部の角部が曲面により形成されてなるものであるため、樹脂組成物の流動時に金型内の空気を外部に押出し易くなり、得られる樹脂組成物製平板内への気孔の形成を抑制することができる。
【００２７】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に例示するように、上型３は、中央部の上記下型の樹脂組成物充填用凹部４に対応する位置に樹脂組成物押圧用凸部８が形成され、その周辺部の上記下型の樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂに対応する位置に樹脂組成物押圧用平坦部９ａ、９ｂが形成されるとともに、外周部の前記下型外周部側壁に対応する位置に上型外周部側壁１０が形成されてなるものであり、図１（ｂ）および図１（ｃ）に例示するように、上型３は、該樹脂組成物押圧用平坦部９ａ、９ｂ以外の位置の少なくとも一部に余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部６ａ、６ｂが形成されてなるものであることが好ましい。
【００２８】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、樹脂組成物押圧用凸部８は、樹脂組成物原料充填用凹部４に充填された樹脂組成物Ｒを押圧して、上型３（または下型２）の端部方向Ｄに樹脂組成物を流動させるものであり、得られる樹脂組成物製平板を構成する枠状部で囲まれた中空部の形成位置を規定し得るものであることが好ましい。
【００２９】
本発明の金型において、樹脂組成物押圧用凸部の形状（突出形状）も特に制限されないが、上記下型の樹脂組成物原料充填用凹部の形状に対応した凸形状を有するものであることが好ましい。
【００３０】
本発明の金型において、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型の表面または上型の表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなるものであり、樹脂組成物押圧用凸部も、その角部の少なくとも一部が、好ましくは曲率半径０．５〜３．０ｍｍ、より好ましくは曲率半径１．０〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは曲率半径２．０〜３．０ｍｍの曲面により形成されてなるものであることが好ましい。
上述したように、従来のフラッシュ型圧縮成形金型においては、樹脂組成物の流動時に空気を巻き込んで得られる樹脂組成物製平板に気孔を形成し易くなるが、本発明の金型においては、樹脂組成物の流動空間を形成する下型表面または上型表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部の角部が曲面により形成されてなるものであるため、樹脂組成物の流動時に金型内の残留空気を外部に押出し易くなり、得られる樹脂組成物製平板内への気孔の形成を抑制することができる。
【００３１】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、上型３において、下型の樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂに対応する位置には樹脂組成物押圧用平坦部９ａ、９ｂが形成され、上型３を下型２に嵌合したときに、樹脂組成物製平板の枠状部を押圧形成することができる。
【００３２】
また、本発明の金型においては、図１（ｂ）および図１（ｃ）に例示するように、上型３において、上記樹脂組成物押圧用平坦部９ａ、９ｂ以外の位置の少なくとも一部に、余剰の樹脂組成物Ｒを収容する空間を形成するために、余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部（バリ溝）６ａ、６ｂが形成されていることが好ましい。
本発明の金型において、余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部は、上型３の押圧面のうち、上型３の押圧成形箇所（図１に示す例における樹脂組成物押圧用平坦部９ａ、９ｂ）以外の箇所の少なくとも一部に設けられることが好ましく、成形面となる平坦部に隣接して設けられることが望まれる。
【００３３】
本発明の金型において、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型の表面または上型の表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなるものであり、余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部も、その角部の少なくとも一部が、好ましくは曲率半径０．５〜３．０ｍｍ、より好ましくは曲率半径１．０〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは曲率半径２．０〜３．０ｍｍの曲面により形成されてなるものであることが好ましい。
上述したように、従来のフラッシュ型圧縮成形金型においては、樹脂組成物の流動時に空気を巻き込んで得られる樹脂組成物製平板に気孔を形成し易くなるが、本発明の金型においては、樹脂組成物の流動空間を形成する下型表面または上型表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部の角部が曲面により形成されてなるものであるため、樹脂組成物の流動時に金型内の残留空気を外部に押出し易くなり、得られる樹脂組成物製平板内への気孔の形成を抑制することができる。
【００３４】
本発明の金型は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、上型３の外周部において、上記下型外周部側壁７に対応する位置に上型外周部側壁１０が形成されてなる。
本発明の金型は、上型外周部側壁も、下型外周部側壁と同様に、上型を下型に嵌合したときに樹脂組成物の流出を抑制する防護壁の役割を果たす。
本発明の金型において、上型外周部側壁の高さ（上型外周部側壁の頂部と上型を下型に嵌合したときに形成される成形面との高さの差）は、上型と嵌合したときに樹脂組成物の流出を抑制し得るものである限り特に制限されないが、３．０〜１０．０ｍｍ程度であることが好ましく、下型外周部側壁と同様の高さであることがより好ましい。
また、本発明の金型において、上型外周部側壁の傾斜角は、下型外周部側壁の傾斜角に対応するものであることがより好ましい。
なお、本発明の金型においては、上型外周部側壁が成す傾斜角とは、上述した下型外周部側壁が成す傾斜角αと同様に、図１に示す上型外周部側壁１０に対応する平面と上型を下型に嵌合したときに形成される成形面に対応する平面とが成す角度を意味する。
【００３５】
本発明の金型において、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型の表面または上型の表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなるものであり、上型外周部側壁の端部も少なくとも一部が、好ましくは曲率半径０．５〜３．０ｍｍ、より好ましくは曲率半径１．０〜３．０ｍｍ、さらに好ましくは曲率半径２．０〜３．０ｍｍの曲面により形成されてなるものであることが好ましい。
上述したように、従来のフラッシュ型圧縮成形金型においては、樹脂組成物の流動時に空気を巻き込んで得られる樹脂組成物製平板に気孔を形成し易くなるが、本発明の金型においては、樹脂組成物の流動空間を形成する下型表面または上型表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部の角部が曲面により形成されてなるものであるため、樹脂組成物の流動時に金型内の残留空気を外部に押出し易くなり、得られる樹脂組成物製平板内への気孔の形成を抑制することができる。
【００３６】
本発明の金型において、上型外周部側壁は、上型を下型に嵌合したときに、樹脂組成物の外部への流出を抑制する防護壁として機能するとともに、上型外周部側壁と下型外周部側壁とが対向してほぼ隙間なく嵌まり合うことによっても、樹脂組成物の外部への流出を抑制するものである。
一方、上型外周部側壁と下型外周部側壁との間に形成される隙間は、狭すぎると樹脂組成物中に含まれるフィラー等によって嵌合時に金型表面が損傷する場合があり、広すぎると樹脂組成物の流動を抑制するという目的を達成し難くなる。
このため、本発明の金型において、上記下型外周部側壁および上型外周部側壁は、下型および上型の嵌合時に５０〜１５０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなるものであり、５０〜１００μｍの隙間を形成し得るように設計されてなるものであることが好ましく、５０〜８０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなるものであることがより好ましい。
【００３７】
本発明の金型は、得ようとする略枠形状の樹脂組成物製平板の形状に応じて種々の形態を採ることができる。
例えば、図１（ａ）に示すように、得ようとする略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆが、枠部にも中空部ｈが形成されてなるものである場合は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、下型２が、樹脂組成物成形用凹部として内周側成形用凹部５ａおよび外周側成形用凹部５ｂが形成されてなるものを挙げることができる。
【００３８】
図２は、本発明に係る金型の他の形態例を示すための図であって、図２（ａ）は、当該金型を用いて形成しようとする中空部Ｈを有する略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆの平面図であり、図２（ｂ）は、本形態例に係る金型１の断面の模式図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す金型１の右側点線部の拡大図である。
【００３９】
本形態例は、図２（ａ）に示すように、得ようとする略枠形状の樹脂組成物製平板Ｆが、枠部に中空部が形成されていない場合の例であって、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、下型２には、樹脂組成物成形用凹部として凹部５が形成されてなり、上型３には、下型の樹脂組成物充填用凹部５に対応する位置に樹脂組成物押圧用平坦部９が形成されるとともに、その外側に樹脂組成物流動空間形成用凹部６が形成されてなる。
【００４０】
本発明の金型は、図１（ｂ）および図１（ｃ）（または図２（ｂ）および図２（ｃ））に示すように、下型２および上型３が、押圧時に嵌合して樹脂組成物を下型２の中央部から外周部に流動させつつ樹脂組成物製平板を押圧成形し得るように設計されてなる。
【００４１】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示す金型１を用いて、中空部を有する略枠形状の樹脂組成物製平板として、樹脂組成物製平板Ｆを製造する場合、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す下型２の中央部に設けられた樹脂組成物充填用凹部４に熱硬化性樹脂組成物Ｒを充填した後、加熱条件下、上型３を嵌合して下型２を押圧する。
上記樹脂組成物充填用凹部４に充填された熱硬化性樹脂組成物は、上型３に押圧されることによって、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂを満たしつつ、矢印Ｄで示される端部方向に流動する。図１（ｃ）に示す例において、樹脂組成物Ｒは、余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部６ａ、６ｂによって形成される流動空間内を通過しつつ、端部方向に流動する。上型３を目的位置まで押圧すると、樹脂組成物Ｒが、下型外周部側壁７と上型外周部側壁１０によって形成される防護壁ないし隙間によって外部への流出を抑制された状態下で、下型２に設けられた樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂ内に所望量の樹脂組成物Ｒが充填される。
【００４２】
この場合、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示す例においては、樹脂組成物が流動する空間を形成する下型２の表面または上型３の表面に形成される凸部または凹部の少なくとも一部は、その角部が曲面により形成されてなるものであることから、金型内に残留する空気の巻き込みを抑制しつつ、樹脂組成物を目的とする平板形状に成形することができ、また、上記下型外周部側壁と上型外周部側壁を設けることによって金型外への樹脂組成物の流出を抑制し、上記下型外周部側壁と上型外周部側壁によって形成される隙間の幅を所定範囲内に制御することにより、フィラーによる金型の損傷を抑制しつつ、樹脂組成物の外部への流出を抑制することができる。
【００４３】
上記加圧状態を維持しつつ、熱硬化温度以上の温度条件下で所定時間上型および下型を加熱して硬化させた後、必要に応じて更に機械加工を施してもよい。
すなわち、上記加熱硬化させた後、得られた硬化成形物の中空部形成部分と端部の余剰部分（バリ）を切断して、適宜、切削、研磨処理することにより、所望形状を有する樹脂組成物製平板を作製することができる。
例えば、熱圧成形用の金型として、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す金型１を用いた場合、得られる樹脂組成物製平板において、下型の樹脂組成物充填用凹部４または上型の樹脂組成物押圧用凸部８により押圧される箇所は中空部Ｈとなるが、当該押圧部には成形バリが生じ得ることから、適宜切断、切削または研磨処理を施すことにより、上記成形バリを除去することが好ましい。
また、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す金型１を用いた場合、得られる樹脂組成物製平板において、上型の余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部６ａに対向する箇所も中空部ｈとなるが、当該箇所にも成形バリが生じ得ることから、適宜切断、切削または研磨処理を施すことにより、上記成形バリを除去することが好ましい。
また、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す金型１を用いた場合、得られる樹脂組成物製平板において、下型の樹脂組成物成形用凹部５ｂよりも外周側は不要部分となることから、適宜切断、切削または研磨処理を施すことにより、上記不要部分を除去することが好ましい。
【００４４】
本発明の金型において、樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂バインダーおよび炭素質粉末を含み、上記熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対し、炭素質粉末２０〜１００質量部を配合してなるものを挙げることができる。
【００４５】
本発明の金型において、樹脂組成物を構成する炭素粉末として、具体的には、カーボンブラックや、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉、等方性黒鉛粉等の黒鉛粉や、ニードルコークス等のコークス類等から選ばれる一種以上を挙げることができ、得ようとする樹脂組成物製平板に応じて適宜選択することが好ましい。
例えば、得ようとする樹脂組成物製平板がフレーム部材である場合には、フレーム部材に要求される絶縁性とアノードプレートやカソードプレート等の金属製プレートとの熱膨張差に耐える強度、低溶出性、絶縁性、十分な剛性を付与し得ることから、ニードルコークスが好適である。
【００４６】
ニードルコークスは以下の方法によって作製することができる。
先ず、多環芳香族に富むコールタール、コールタールピッチ等の石炭系重質油、または石油系重質油を原料として、ディレードコーキング法により４００〜６００℃程度の温度でコーキング反応を行うことによって生コークスを得る。この生コークスを、ロータリーキルン炉、リードハンマー炉、ロータリーハース炉等で、黒鉛化温度未満の１０００〜１４００℃で仮焼処理することにより、針状のニードルコークスを得ることができる。
【００４７】
本発明の金型において、樹脂組成物を構成する炭素質粉末は、平均粒子径が３〜８０μｍであるものが好ましく、３０〜６０μｍであるものがより好ましく、４０〜６０μｍであるものがさらに好ましい。
炭素質粉末の平均粒子径が３μｍよりも小さくなると、樹脂組成物の粘度が低下して充填不良を生じ易くなり、８０μｍよりも大きくなると、得られる樹脂組成物製平板の曲げ疲労強度が低下し易くなる。
【００４８】
炭素質粉末はフィラーとして機能するものであり、フィラーとして炭素質粉末を採用することにより、金属イオン等の不純物の溶出を抑制して、得られる樹脂組成物製平板に高い耐薬品性を付与することができ、フッ酸や硫酸等の浸食性の高い薬品に対しても優れた耐食性を発揮することができる。
また、本発明の金型により製造される略枠形状の樹脂組成物製平板が燃料電池用フレーム部材である場合、一般に金属製セパレータの構成材料となるステンレスの熱膨張係数が１６×１０−６程度であり、チタンの熱膨張係数が８×１０−６程度であるのに対し、例えばフレーム部材の構成材料として使用されるエポキシ樹脂の熱膨張係数は６０×１０−６程度と、金属製セパレータに比べてかなり大きいものの、フィラーとして炭素質粉末を採用することにより金属製セパレータとの熱膨張係数差を小さくすることができ、このために、燃料電池スタックの起動や停止によりセパレータおよびフレーム部材が熱膨張や熱収縮した場合においても、接着界面における繰り返し応力を抑制して優れた疲労強度特性を発揮することができる。
【００４９】
本発明の金型において、樹脂組成物を構成する熱硬化性バインダーとしては、特に限定されず、例えば、フェノール樹脂、フルフリルアルコール樹脂、フルフリルアルコールフルフラール樹脂、フルフリルアルコールフェノール樹脂などのフラン系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ピレン−フェナントレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、２官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂や多官能フェノール型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂などが挙げられ、これらを単独又は２種以上を組み合わせて用いることができ、得ようとする樹脂組成物製平板に応じて適宜選択することが好ましい。
例えば、得ようとする樹脂組成物製平板がフレーム部材である場合には、上記各種樹脂のうち、ｐＨが２〜３程度のスルホン酸などの電解質に対する耐酸性および６０〜１００℃程度の燃料電池の作動温度に耐え得る耐熱性を有するものが好ましい。
本発明の金型において、樹脂組成物を構成する熱硬化性バインダーとしては、気孔を発生する要因となる縮合水等を生じ難く、粘度調整が容易で、耐薬品性を有するエポキシ樹脂が好ましい。
【００５０】
本発明の金型において、樹脂組成物は、熱硬化性バインダーの一部として硬化促進剤を含んでもよい。
硬化促進剤としては、特に制限されないが、例えば、熱硬化性樹脂バインダーとして多官能フェノール型エポキシ樹脂を用いた場合は、通常エポキシ樹脂のアニオン硬化に用いられるものを挙げることができ、具体的には、３級アミン、４級アンモニウム塩、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、ホスフィン、ホスホニウム塩等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
上記硬化促進剤のうち、特にイミダゾール類は、少量の使用量でもエポキシ樹脂に対して高い活性を示し、比較的低い硬化温度でも短時間で、例えば、１７０℃程度でも１０秒位で硬化させることができることから、好適に使用することができる。
【００５１】
本発明の金型において、樹脂組成物は、固形分換算で、熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対し、炭素質粉末を２０〜１００質量部含むものであることが好ましく、４０〜９０質量部含むものであることが好ましく、５０〜６０質量部含むものであることがより好ましい。
【００５２】
熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対する炭素質粉末の含有量が２０質量部以上であることにより、溶融時における粘度低下を抑制して、金型の隙間からの樹脂組成物の流出を抑制し得るとともに、樹脂組成物を十分に加圧することができる。また、熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対する炭素質粉末の含有量が１００質量部以下であることにより、樹脂組成物の流動性を向上させ、本発明の金型への充填性を向上させることができる。
【００５３】
また、本発明の金型において、樹脂組成物は、熱硬化性樹脂バインダーと炭素質粉末を、合計で９０〜１００質量％含むものであることが好ましく、９５〜１００質量％含むものであることがより好ましく、９８〜１００質量％含むものであることがさらに好ましい。
樹脂組成物は、第三成分として、例えば、強度向上のために繊維質のフィラーを少量含有するものであってもよい。
【００５４】
本発明の金型に充填される樹脂組成物は、予め平板状に予備成形されてなるものであることが好ましく、この場合、予備成形物としては、所定質量の粉状の樹脂組成物を加圧して所定形状に成形してなるものを挙げることができる。
予備成形物のサイズは、下型の樹脂組成物充填用凹部のサイズに対応するものであることが好ましい。
このような予備成形物を使用することにより、所望量の樹脂組成物を簡便に取り扱いつつ容易に成形することができる。
【００５５】
本発明によれば、原料の歩留まりを向上させ、空気の混入を抑制し成形材料を均質に充填しつつ、成形時の損傷を抑制して簡便に熱圧成形し得る金型を提供することができる。
【００５６】
次に、本発明の樹脂組成物製平板の製造方法について説明する。
本発明の樹脂組成物製平板の製造方法は、本発明の金型を用いて略枠形状の樹脂組成物製平板を製造する方法であって、熱硬化性樹脂バインダーおよび炭素質粉末を含み、前記熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対し、炭素質粉末２０〜１００質量部を配合してなる樹脂組成物を、前記下型の樹脂組成物充填用凹部に充填した後、前記上型を嵌合して、１５０〜２００℃の温度条件下、５〜３０ＭＰａで熱圧プレス成形することを特徴とするものである。
【００５７】
本発明の樹脂組成物製平板の製造方法において、金型や樹脂組成物の詳細は、上述したとおりである。
【００５８】
本発明の製造方法において、熱圧成形時の温度は、通常１５０〜２００℃であり、１５０〜１８０℃であることが適当であり、１５０〜１６０℃であることがより適当である。
本発明の製造方法において、樹脂組成物が硬化促進剤を含むものである場合、熱圧成形温度は、上記温度内であって、硬化促進剤の反応開始温度以上の温度下で熱圧成形を行い、硬化促進剤を複数用いる場合は、使用する各硬化促進剤の反応開始温度のうち最も高い温度以上の温度下に熱圧成形を行う。
【００５９】
本発明の製造方法において、熱圧成形時の加圧力は５〜３０ＭＰａであり、１０〜３０ＭＰａが好ましく、１０〜２０ＭＰａがより好ましい。
【００６０】
熱圧成形時の加圧時間は、熱硬化性樹脂バインダーの種類によって適宜決定することができるが、熱硬化性樹脂バインダーのゲル化時間の１．５〜３倍程度であることが好ましく、２倍程度であることがより好ましい。
加圧時間が上記範囲内にあることにより、熱硬化性樹脂バインダーを十分に固化して粘着性を低下させ、生産性（製造サイクル）を向上させつつ容易に脱型することができる。
【００６１】
得られた熱圧成形物は、必要に応じて更に機械加工を施してもよい。
例えば、熱圧成形用の金型として、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す金型１を用いた場合、得られる樹脂組成物製平板において、下型の樹脂組成物充填用凹部４または上型の樹脂組成物押圧用凸部８により押圧される箇所は中空部Ｈとなるが、当該押圧部には成形バリが生じ得ることから、適宜切断、切削または研磨処理を施すことにより、上記成形バリを除去することが好ましい。
また、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す金型１を用いた場合、得られる樹脂組成物製平板において、上型の余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部６ａに対向する箇所も中空部ｈとなるが、当該箇所にも成形バリが生じ得ることから、適宜切断、切削または研磨処理を施すことにより、上記成形バリを除去することが好ましい。
また、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示す金型１を用いた場合、得られる樹脂組成物製平板において、下型の樹脂組成物成形用凹部５ｂよりも外周側は不要部分となることから、適宜切断、切削または研磨処理を施すことにより、上記不要部分を除去することが好ましい。
【００６２】
本発明の製造方法においては、得られた熱圧成形物に対し、必要に応じて、適宜１５０〜２００℃程度の温度でアフターキュアを施してもよいし、離型時に成形型の表面から脱離し、付着した離型剤を除去し、相手部材との接着性を向上させるために適宜サンドブラスト処理等の表面処理を施してもよい。
【００６３】
本発明の製造方法によれば、このようにして目的とする略枠形状の樹脂組成物製平板を得ることができる。
略枠形状の樹脂組成物製平板としては、例えば、フレーム部材等を挙げることができる。
【００６４】
本発明の製造方法で得られる樹脂組成物製平板は、熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対し、炭素質粉末を２０〜１００質量部含むものであることが好ましく、４０〜９０質量部含むものであることが好ましく、５０〜６０質量部含むものであることがより好ましい。
また、本発明の製造方法で得られる樹脂組成物製平板は、熱硬化性樹脂バインダーと炭素質粉末を、合計で９０〜１００質量％含んでなるものであることが好ましく、９５〜１００質量％含んでなるものであることがより好ましく、９８〜１００質量％含んでなるものであることがさらに好ましい。本発明の製造方法で得られる樹脂組成物製平板は、第三成分として、例えば、強度向上のために繊維質のフィラーを少量含有してなるものであってもよい。
【００６５】
本発明の製造方法で得られる樹脂組成物製平板は、密度が、理論密度の９８％以上であるものが好ましく、理論密度の９９％以上であるものがより好ましく、理論密度の９９．５％以上であるものがさらに好ましい。
ここで、理論密度とは、樹脂組成物を構成する各成分の配合割合（質量％）を各成分の真比重で除し、その和で１００を除した値を意味する。
例えば、樹脂組成物が成分Ａおよび成分Ｂにより構成される場合、理論密度は下記式により表わされる（下記式の分母は、樹脂組成物１００ｇあたりの体積を表す）。
理論密度＝１００／｛(成分Ａの配合割合(質量％)／成分Ａの真比重)＋(成分Ｂの配合割合(質量％)／成分Ｂの真比重)｝
本発明の製造方法で得られる樹脂組成物製平板の密度が上記範囲内にあることにより、例えば、樹脂組成物平板がフレーム部材である場合において、気孔の発生が抑制されてなり、スタック締め付け時等におけるフレーム部材の割れの発生を抑制することができる優れた強度を有するものを提供することができる。
なお、本出願書類において、樹脂組成物製平板の密度は、アルキメデス法で測定した値を意味する。
【００６６】
本発明の製造方法で得られる樹脂組成物平板は、曲げ最大点応力が１２０ＭＰａ以上であるものが好ましく、１４０ＭＰａ以上であるものがより好ましく、１６０ＭＰａ以上であるものがさらに好ましい。
樹脂組成物製平板の曲げ最大点応力が上記範囲内にあることにより、例えば、樹脂組成物平板がフレーム部材である場合において、スタック締め付け時等におけるフレーム部材の割れの発生を抑制することができる。
なお、本出願書類において、樹脂組成物製平板の曲げ最大応力は、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１の熱硬化性プラスチック一般試験方法に関する規格の曲げ試験方法に準拠した方法により測定された値を意味するものとする。
【００６７】
本発明の製造方法で得られる樹脂組成物平板は、樹脂組成物平板の曲げ破断歪みが、２．２％以上であるものが好ましく、２．４％以上であるものがより好ましく、２．６％以上であるものがさらに好ましい。
樹脂組成物製平板の曲げ破断歪みが上記範囲内にあることにより、例えば、樹脂組成物平板がフレーム部材である場合において、高い曲げ強度を発揮することができる。
なお、本出願書類において、樹脂組成物製平板の曲げ破断歪みは、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１の熱硬化性プラスチック一般試験方法に関する規格の曲げ試験方法に準拠した方法により測定された値を意味するものとする。
【００６８】
本発明の製造方法で得られる樹脂組成物平板は、樹脂組成物平板の０．４５％歪繰り返し曲げ破断回数が、３万回以上であるものが好ましく、５万回以上であるものがより好ましく、１０万回以上であるものがさらに好ましい。
樹脂組成物製平板の０．４５％歪繰り返し曲げ破断回数が上記範囲内にあることにより、例えば、樹脂組成物平板がフレーム部材である場合において、高い曲げ強度を発揮することができる。
なお、本出願書類において、樹脂組成物平板の０．４５％歪繰り返し曲げ破断回数は、４点曲げ試験方法により、支点間距離は外側支点間が２０ｍｍ、内側支点間が１０ｍｍの治具を使用し、試験片と各支点が接触した箇所を上死点、０．４５％の歪を付与した箇所を下死点とする５Ｈｚの正弦波を付与して破断するまでの回数を計測することによって求めた値を意味する。
【００６９】
本発明の製造方法によれば、残留空気の混入による気孔の形成が抑制され、成形材料が均質に分散されてなり、優れた強度および耐久性を発揮し得る樹脂組成物製平板を提供することができる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）
（１）樹脂組成物の作製  
熱硬化性樹脂バインダーである、エポキシ樹脂（日本化薬（株）製  クレゾールノボラックエポキシ樹脂、融点７０℃）６６質量部、フェノール樹脂（明和化成（株）製  フェノールノボラック、融点７０℃）３３質量部および硬化促進剤（四国化成（株）製イミダゾール、反応開始温度９０℃）１質量部に対し（熱硬化性樹脂バインダー（エポキシ樹脂＋フェノール樹脂＋硬化促進剤）１００質量部に対し）、平均粒子径が５０μｍであるモザイク状人造黒鉛６０質量部を配合し、８０℃に加熱溶融させた状態で二本ロール機を複数回通して混練し、冷却固化することにより、樹脂組成物を作製した。
上記樹脂組成物を一旦粉砕して、縦２１０ｍｍ、横１２０ｍｍサイズの型枠に
７５ｇを装填し、型枠内部を真空引きした状態で、８０℃で溶融させながらプレス機で圧縮することにより、板状（縦２１０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ２．２ｍｍ）に予備成形した樹脂組成物を形成した。
上記真空引きによって、一旦粉砕したことによって生じた粒子間の空気によって溶融時に気孔（クローズド・ポア）が生成することを抑制することができる。
【００７２】
（２）樹脂組成物製平板の作製
上記板状に予備成形した樹脂組成物を、図１（ｂ）または図１（ｃ）に示すような形態を有する一対の下型２および上型３を含む金型１を用いて熱圧成形した。
本実施例で使用した金型１は、下型外周部側壁７および上型外周部側壁１０が、下型２および上型３の嵌合時に６０μｍの隙間を形成し得るように設計されてなるものであった。
また、本実施例で使用した金型１は、下型外周部側壁７の頂部および上型外周部側壁１０の頂部が、下型２に上型３を嵌合して形成される成形面（平坦部９ａ、９ｂが成す面）から６．０ｍｍの高さｌを有するものであった。
さらに、本実施例で使用した金型１は、下型２の樹脂組成物原料充填用凹部４の最深部の深さが、下型２に上型３を嵌合して形成される成形面（平坦部９ａ、９ｂが成す面）から３．０ｍｍの深さＬを有するものであった。
本実施例で使用した金型１は、下型２および上型３の樹脂組成物が流動する空間を形成する表面に設けられた樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂ部分を除く凸部および凹部が、曲率半径が２．０〜３．０ｍｍになるように曲面状に設けられてなるものであり、下型外周部側壁７が、上型３を下型２に嵌合したときに形成される成形面に対し９０°の傾斜角αを形成し得るものであった。
熱圧成形処理は、具体的には、上記板状に予備成形した樹脂組成物Ｒを、１６０℃に予熱された下型２の樹脂組成物原料充填用凹部４に載置した上で、上型３を下型２に嵌合することにより、溶融させた樹脂組成物を、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂの四隅に十分に充填させつつ、端部方向Ｄへ流動させた。
上型３を下型２の所定位置まで嵌合させて２０ＭＰａの加圧下で１６０℃で３分間型締めして熱圧成形した後、金型を開き、脱型して熱圧成形物を取り出した。上記熱圧成形時において、樹脂組成物の外部への流出を抑制しつつ、熱圧成形物を得ることができた。  
得られた熱圧成形物において、適宜、下型２および上型３の上記樹脂組成物流動空間または外周部で形成された余剰部分（成形バリ）を切断、切削して除去することにより、図１（ａ）に示す中空部Ｈおよび中空部ｈが形成されてなり、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、最薄肉部厚さ０．２ｍｍの枠形状を有する樹脂組成物製平板（燃料電池用フレーム部材）を得た。  
得られた樹脂組成物製平板は、外観観察したときに気孔等が確認されないものであった。また、成形型の表面に損傷等は確認されなかった。
【００７３】
得られた樹脂組成物製平板は、質量２５ｇ、密度１．４１（ｇ／ｃｍ３）、各部の厚み寸法の最大値と最小値の差が２５μｍと小さく、寸法精度に優れるものであった。
また、得られた樹脂組成物製平板は、曲げ破壊試験における最大点応力が１６８ＭＰａ、破断時の歪み（曲げ破断歪）２．６％、０．４５％付与における５Ｈｚ繰り返し曲げ疲労試験において１０万回以上の耐久性を示し、優れた強度および耐久性を示すものであった。
【００７４】
（実施例２）
実施例１（１）において、粉砕した樹脂組成物量の型枠への装填量を７５ｇから９０ｇに変更して板状の予備成形体（縦２１０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ２．６ｍｍ）に予備成形した樹脂組成物を作製し、該予備成形体を熱圧成形したことを除けば、実施例１と同様にして熱圧成形物を作製した。
このとき、樹脂組成物は、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂの四隅まで十分に充填され、余剰の樹脂組成物が、上型に設けられた凹部６ａ、６ｂと下型間に形成される樹脂組成物流動空間を満たし、下型外周部側壁７と上型外周部側壁間１０の隙間部分まで流動したが金型外部への流出は抑制された。得られた熱圧成形物において、適宜、下型２および上型３の上記樹脂組成物流動空間または外周部で形成された余剰部分（成形バリ）を切断、切削して除去することにより、図１（ａ）に示す中空部Ｈおよび中空部ｈが形成されてなり、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、最薄肉部厚さ０．２ｍｍの枠形状を有する樹脂組成物製平板（燃料電池用フレーム部材）を得た。
得られた樹脂組成物製平板は、外観観察したときに気孔等が確認されないものであった。また、成形型の表面に損傷等は確認されなかった。
得られた樹脂組成物製平板は、質量２４ｇ、密度１．３８（ｇ／ｃｍ３）、各部の厚み寸法の最大値と最小値の差が４０μｍと小さく、寸法精度に優れるものであった。
また、得られた樹脂組成物製平板は、曲げ破壊試験における最大点応力が１５６ＭＰａ、破断時の歪み（曲げ破断歪）２．８％、０．４５％付与における５Ｈｚ繰り返し曲げ疲労試験において１０万回以上の耐久性を示し、優れた強度および耐久性を示すものであった。
【００７５】
（実施例３）
実施例１（１）において、熱硬化性樹脂バインダー１００質量部に対する、平均粒子径が５０μｍであるモザイク状人造黒鉛の配合量を６０質量部から９０質量部に変更し、粉砕した樹脂組成物量の型枠への装填量を７５ｇから６０ｇに変更して板状の予備成形体板状（縦２１０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ）に予備成形した樹脂組成物を作製し、該予備成形体を熱圧成形したことを除けば、実施例１と同様にして熱圧成形物を作製した。
このとき、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部５ａ、５ｂの四隅まで樹脂組成物を十分に充填しつつ熱圧成形することができ、得られた熱圧成形物においては、適宜、下型２および上型３の上記樹脂組成物流動空間または外周部で形成された余剰部分（成形バリ）を切断、切削して除去することにより、図１（ａ）に示す中空部Ｈおよび中空部ｈが形成されてなり、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、最薄肉部厚さ０．２ｍｍの枠形状を有する樹脂組成物製平板（燃料電池用フレーム部材）を得た。  
得られた樹脂組成物製平板は、外観観察したときに気孔等が確認されないものであった。また、成形型の表面に損傷等は確認されなかった。
得られた樹脂組成物製平板は、質量２６ｇ、密度１．４４（ｇ／ｃｍ３）、各部の厚み寸法の最大値と最小値の差が４０μｍであるものであった。
また、得られた樹脂組成物製平板は、曲げ破壊試験における最大点応力が１７１ＭＰａ、破断時の歪み（曲げ破断歪）２．５％、０．４５％付与における５Ｈｚ繰り返し曲げ疲労試験において１０万回以上の耐久性を示し、優れた強度および耐久性を示すものであった。
【００７６】
（比較例１）
熱圧成形用の金型として、図３（ｂ）または図３（ｃ）に記載された、樹脂組成物Ｒが流動する空間を形成する下型１２および上型１３の表面に設けられた凹凸がいずれも略直角状の角部を成すものを用いた以外は、実施例１と同様にして熱圧成形物を作製した。
本例においては、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部１５ａ、１５ｂの四隅に樹脂組成物が十分に充填されず、所定形状に成形することができなかった。
【００７７】
（比較例２）
熱圧成形用の金型として、図３（ｂ）または図３（ｃ）に記載された、樹脂組成物Ｒが流動する空間を形成する下型１２および上型１３の表面に設けられた凹凸がいずれも略直角状の角部を成すものを用いるとともに、粉砕した樹脂組成物量の型枠への装填量を７５ｇから２２０ｇに変更して板状の予備成形体を作製し、該予備成形体を熱圧成形したことを除けば、実施例１と同様にして熱圧成形物を作製した。
このとき、余剰の樹脂組成物が、上型に設けられた凹部１６ａ、１６ｂと下型間に形成される樹脂組成物流動空間を満たし、さらに余剰の樹脂組成物が、下型端部と上型端部との間に形成される隙間Ｇから流出した。
得られた熱圧成形物において、適宜、樹脂組成物流動空間または外周部に対応する箇所に形成された余剰部分（バリ）を切断、切削して除去することにより、図３（ａ）に示す中空部Ｈおよび中空部ｈが形成されてなり、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、最薄肉部厚さ０．２ｍｍの枠形状を有する樹脂組成物製平板（燃料電池用フレーム部材）を得た。  
得られた樹脂組成物製平板は、外観観察したときに断面に気孔が確認されるものであり、質量が２４ｇで、密度が１．３６ｇ／ｃｍ３と小さいものであった。
また、得られた樹脂組成物製平板は、曲げ破壊試験における最大点応力が９０ＭＰａ、破断時の歪み（曲げ破断歪）１．４％、０．４５％付与における５Ｈｚ繰り返し曲げ疲労試験において１００回以下という強度および耐久性に劣るものであって、燃料電池用フレーム部材として実用に供し得ないものであった。
【００７８】
（比較例３）
熱圧成形用の金型として、図４（ｂ）または図４（ｃ）に記載された、樹脂組成物Ｒが流動する空間を形成する下型１２および上型１３の表面に設けられた凹凸がいずれもほぼ直角状の角部を成すとともに、下型１２の外周部に下型外周部側壁２７が設けられ、上型１３の外周部に上型外周部側壁３０が設けたものを用いるとともに、粉砕した樹脂組成物量の型枠への装填量を７５ｇから９５ｇに変更して板状の予備成形体を作製し、該予備成形体を熱圧成形したことを除けば、実施例１と同様にして熱圧成形物を作製した。
【００７９】
図４は、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示す金型１１において、下型１２の外周部に下型外周部側壁２７を設け、上型１３の外周部に上型外周部側壁３０を設けた金型の形態例を示す図であって、図４（ａ）は、当該金型を用いて形成しようとする中空部Ｈを有する略枠形状の樹脂組成物製平板（ａ）の平面図であり、図４（ｂ）は、本形態例に係る金型２１の断面の模式図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す金型２１の右側点線部の拡大図である。
本例においては、図４（ｃ）に示す下型２２の中央部に設けられた樹脂組成物充填用凹部２４に熱硬化性樹脂組成物Ｒを充填した後、加熱条件下、上型２３に設けられた樹脂組成物押圧用凸部２８により上部から下型２２を押圧した。上記樹脂組成物充填用凹部２４に充填された熱硬化性樹脂組成物Ｒは、上型２３に押圧されることによって、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部２５ａ、２５ｂを満たしつつ、矢印Ｄで示される端部方向に流動した。図４（ｃ）に示す金型２１においては、樹脂組成物Ｒの流動性を確保し、加圧時に余剰の樹脂組成物Ｒを収容する空間を形成するために、上型２３に余剰樹脂組成物収容空間形成用凹部２６ａ、２６ｂが設けられており、上記樹脂組成物Ｒは、上記凹部２６ａ、２６ｂによって形成される流動空間内を通過しつつ、端部方向に流動した。上型２３を目的位置まで押圧すると、下型２２に設けられた樹脂組成物成形用凹部２５ａ、２５ｂ内の四隅まで所望量の樹脂組成物Ｒが充填され、当該樹脂組成物Ｒが上型２３に設けられた樹脂組成物押圧用平坦部２９ａ、２９ｂにより押圧され、熱圧成形された。
【００８０】
得られた熱圧成形物において、適宜、樹脂組成物流動空間または外周部に対応する箇所に形成された余剰部分（バリ）を切断、切削して除去することにより、図４（ａ）に示す中空部Ｈおよび中空部ｈが形成されてなり、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、最薄肉部厚さ０．２ｍｍの枠形状を有する樹脂組成物製平板（燃料電池用フレーム部材）を得た。  
得られた樹脂組成物製平板は、外観観察したときに断面に気孔が確認されるものであり、質量が２５ｇで、密度が１．４０ｇ／ｃｍ３であるものであった。
本例においては、下型に設けられた樹脂組成物成形用凹部２５ａ、２５ｂの四隅に樹脂組成物が十分に充填されていたが、得られた樹脂組成物製平板は、外観観察したときに断面に空隙が確認されるものであった。
また、得られた樹脂組成物製平板は、曲げ破壊試験における最大点応力が１４７ＭＰａ、破断時の歪み（曲げ破断歪）２．３％、０．４５％付与における５Ｈｚ繰り返し曲げ疲労試験において３万回以下という強度および耐久性に劣るものであって、燃料電池用フレーム部材として実用に供し得ないものであった。
【００８１】
【表１】
2014159091.tif 000003
【００８２】
表１等より、実施例１〜実施例３で用いた本発明の金型は、原料の歩留まりを向上させ、空気の混入を抑制し成形材料を均質に充填しつつ、簡便に熱圧成形し得るものであり、また、本金型を用いて熱圧成形することにより、残留空気の混入による気孔の形成が抑制され、成形材料が均質に分散されてなり、優れた強度および耐久性を発揮し得る樹脂組成物製平板を提供し得ることが分かる。
【００８３】
一方、表１より、比較例１〜比較例３は、従来のフラッシュ型圧縮成形金型や本発明の規定を満たさない金型を用いて熱圧成形したものであるために、樹脂組成物成形用凹部１５ａ、１５ｂの四隅に樹脂組成物が十分に充填されなかったり（比較例１）、原料歩留まりが低く生産性が低いものであったり（比較例２）、十分な強度特性を有する樹脂組成物製平板が得られない（比較例２、比較例３）ことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、原料の歩留まりを向上させ、空気の混入を抑制し成形材料を均質に充填しつつ、簡便に熱圧成形し得る金型を提供するとともに、残留空気の混入による気孔の形成が抑制され、成形材料が均質に分散されてなり、優れた強度および耐久性を発揮し得る樹脂組成物製平板を提供することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１    金型
２    下型
３    上型
４    樹脂組成物原料充填用凹部
５    樹脂組成物成形用凹部
６    樹脂組成物流動空間形成用凹部
７    下型外周部側壁
８    樹脂組成物押圧用凸部
９    樹脂組成物押圧用平坦部
１０    上型外周部側壁
【図１】
2014159091.tif 000004
【図２】
2014159091.tif 000005
【図３】
2014159091.tif 000006
【図４】
2014159091.tif 000007