(57)【要約】【課題】金型凹部に比較的薄く粉末原料を供給するときであっても、粉末原料を均一に均すことができる粉末原料の供給装置及び供給方法を提供する。【解決手段】粉末原料１２を圧縮成形して薄板状の成形品を成形する成形装置に粉末原料１２を供給する原料供給装置２であって、一成形工程毎に要する粉末原料１２を貯留するとともに、それを金型凹部２０に撒布しつつ均す供給筒１８と、該供給筒１８を粉末原料供給の待機時に冷却するとともに該供給筒１８からの粉末原料１２の漏洩を防止する冷却手段２３，２４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末原料を圧縮成形して薄板状の成形品を成形する成形装置に粉末原料を供給する原料供給装置であって、
一成形工程毎に要する粉末原料を貯留するとともに、それを金型凹部に撒布しつつ均す供給筒を有することを特徴とする粉末原料の供給装置。
【請求項２】
前記供給筒において、粉末原料を金型凹部に撒布しつつ均す供給口の開口部は、前記供給筒の移動方向を短辺とする矩形であって、該短辺の寸法は５〜１０ｍｍであり、前記供給口の下端部である均し部の肉厚は２．５〜５ｍｍである請求項１に記載の粉末原料の供給装置。
【請求項３】
前記供給筒の前記供給口を冷却する冷却手段を設けた請求項１又は２に記載の粉末原料の供給装置。
【請求項４】
粉末原料を圧縮成形して薄板状の成形品を成形する成形装置に粉末原料を供給する方法であって、
一成形工程毎に要する粉末原料を貯留する供給筒は、下金型の型合わせ面を摺動して金型凹部に粉末原料を撒布しつつ均すことを特徴とする粉末原料の供給方法。
【請求項５】
前記供給筒の移動方向は成形工程毎に交互に異なる請求項４に記載の粉末原料の供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板状の成形品を成形する成形装置への粉末原料の供給装置及び供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄板状の成形品である燃料電池用セパレータは、ガス流路用の溝が表面に形成された導電性の薄板である。燃料電池は、このセパレータ等を数百枚積み重ねて構成され、１０年以上の耐用年数が要求される。このため、セパレータに必要な特性として、高い導電性、８０〜１５０℃の耐熱性、耐薬品性、気密性、面精度、板厚寸法の精度と薄肉化（０．０１ｍｍの誤差は７００枚積み重ねると７ｍｍとなる。）、耐久性、強度及び金型凹部に刻設された溝を正確に転写する転写性などが挙げられる。このような薄板状成形品は、板厚が数ｍｍ以下であり原料の流動性が低い等のため射出成形法で成形することは困難であり、圧縮成形法で成形されることが多い。
【０００３】
圧縮成形法では、成形する前に金型凹部へ粉末原料を供給する必要があり、セパレータの薄肉化の要求により金型凹部の面には数ｍｍ以下の厚さに均一に粉末原料を敷き詰めなければならない。このため、特許文献１に示されるように、金型を開いた状態で混合物（粉末原料）を金型内に供給し、その後、スキージで混合物を平坦化する。しかしながら、このような従来方法では、粉末原料におけるカーボンのバインダとしての熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が、スキージで平坦化する前に金型凹部の表面で溶融する。その結果、粉末原料の敷き詰め厚さが３ｍｍ以下と薄い場合には、溶融して一部板状となった粉末原料がスキージで擦り切る際に捲れ上がるようになり、粉末原料を平坦化し均一にすることは出来なかった。特に、バインダが熱硬化性樹脂のときは、金型の温度が２００℃前後まで昇温するので、この問題は顕著となる。
【特許文献１】特開２００３−１６８４４４号公報（第３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、金型凹部に比較的薄く粉末原料を供給するときであっても、粉末原料を均一に均すことができる粉末原料の供給装置及び供給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】
【０００５】
すなわち、請求項１の発明は、粉末原料を圧縮成形して薄板状の成形品を成形する成形装置に粉末原料を供給する原料供給装置であって、一成形工程毎に要する粉末原料を貯留するとともに、それを金型凹部に撒布しつつ均す供給筒を有することを特徴とする粉末原料の供給装置に係る。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１において、前記供給筒において、粉末原料を金型凹部に撒布しつつ均す供給口の開口部は、前記供給筒の移動方向を短辺とする矩形であって、該短辺の寸法は５〜１０ｍｍであり、前記供給口の下端部である均し部の肉厚は２．５〜５ｍｍである粉末原料の供給装置に係る。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記供給筒の前記供給口を冷却する冷却手段を設けた粉末原料の供給装置に係る。
【０００８】
請求項４の発明は、粉末原料を圧縮成形して薄板状の成形品を成形する成形装置に粉末原料を供給する方法であって、一成形工程毎に要する粉末原料を貯留する供給筒は、下金型の型合わせ面を摺動して金型凹部に粉末原料を撒布しつつ均すことを特徴とする粉末原料の供給方法に係る。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項４において、前記供給筒の移動方向は成形工程毎に交互に異なる粉末原料の供給方法に係る。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明は、粉末原料を圧縮成形して薄板状の成形品を成形する成形装置に粉末原料を供給する原料供給装置であって、一成形工程毎に要する粉末原料を貯留するとともに、それを金型凹部に撒布しつつ均す供給筒を有することから、粉末原料を金型凹部に均一かつ高い精度で供給することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記供給筒において、粉末原料を金型凹部に撒布しつつ均す供給口の開口部は、前記供給筒の移動方向を短辺とする矩形であって、該短辺の寸法は５〜１０ｍｍであり、前記供給口の下端部である均し部の肉厚は２．５〜５ｍｍであるから、粉末原料を熱をうける前により均一に金型凹部に供給することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記供給筒の前記供給口を冷却する冷却手段を設けたから、粉末原料をより効果的に金型凹部に供給することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、粉末原料を圧縮成形して薄板状の成形品を成形する成形装置に粉末原料を供給する方法であって、一成形工程毎に要する粉末原料を貯留する供給筒は、下金型の型合わせ面を摺動して金型凹部に粉末原料を撒布しつつ均すことから、粉末原料を金型凹部に均一かつ高い精度で供給することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４において、前記供給筒の移動方向は成形工程毎に交互に異なるから、粉末原料を金型凹部へ供給する効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は粉末原料の供給待機状態における本発明の原料供給装置の縦断面図、図２は成形装置の正面図とともに示す図１の原料供給装置のＡ−Ａ断面図、図３は金型凹部とともに示す供給筒の斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図、図５は供給筒が金型凹部へ粉末原料を供給する状況を示す断面図である。
【００１６】
図２に示すように、成形装置１は、縦型プレス機であり、機台としても働く固定盤２８と、固定盤２８の上面に立設されたタイバ３５と、タイバ３５の上端部に固着された上盤３６と、タイバ３５を摺動して上下動し上型３２を下面に取付けた可動盤３４と、固定盤２８の上面を摺動し下型２２を上面に取付けた移動盤２６とからなる。移動盤２６は、図１及び図２に示すように、下型２２が上型３２と係合して型合わせされる位置（図２において鎖線で示す。）と、下型２２が成形装置１から搬出され原料供給装置２に搬入されて位置決めされる位置との間で、固定盤２８からその上面が同一面となるように延長された延長部２９の上面を、案内板２７，２７によって往復移動する。
【００１７】
原料供給装置２は、延長部２９の上面に設けた箱状の架台１３に、機器を取付けて組み立てられている。架台１３の上面には二の貫通孔１４，１５が設けられている。粉末原料１２を貯留するホッパ１０及びホッパ１１は、それらの下部開放孔を前記貫通孔１４及び貫通孔１５に連通するように、架台１３の上面にそれぞれ固着されている。シャッタ１６は、架台１３上部板の裏面を前記貫通孔１４及び貫通孔１５を結ぶ方向に摺動する長方形の板材であり、長手方向の略中心部に貫通孔１４と同径の供給孔１７を有する。供給孔１７の下部開口部には供給筒１８が連通して固着されている。シャッタ１６は、架台１３の側面に突設した取付腕４３に取り付けた油圧シリンダ等の駆動手段３０により、長手方向へ案内板３１，３１によって案内され、架台１３両側面の開口を遊貫して往復移動可能になっている。すなわちシャッタ１６は、供給孔１７が貫通孔１４に連通し貫通孔１５が閉塞された位置と、供給孔１７が貫通孔１５に連通し、貫通孔１４が閉塞された位置（このとき供給筒１８は図１の鎖線部に位置する。）との間を、成形工程毎に往復移動する。
【００１８】
シャッタ１６の移動方向に相当する架台１３の両側面の内側には、冷却手段２３，２４が突設されている。冷却手段２３，２４の内部には媒体通路２５が設けられている。冷却手段２３，２４は、媒体通路２５に流通させる冷却水等により冷却される。但し、冷却方法は、媒体によらずペルチェ素子等によるものや空冷でもよい。冷却手段２３，２４の架台１３に固着されていない端面同士は対向し、それらの間隙に、移動盤２６に搭載された下型２２が進入する。このとき、下型２２の上面である型合わせ面２１は、冷却手段２３，２４の上面と同一面になるとともに、冷却手段２３，２４の対向面と下型２２の側面との間隙には粉末原料１２が入らないように構成されている。このようにして、供給孔１７が貫通孔１４又は貫通孔１５に連通する待機時には、供給筒１８は冷却手段２３又は冷却手段２４に当接するので冷却されるとともに閉塞され、粉末原料１２の漏洩が防止される。
【００１９】
供給筒１８は、図３及び図４に示すように、粉末原料１２を金型凹部２０に撒布しつつ均すものであって、より詳細には、上端が前記シャッタ１６の供給孔１７下部開口部に固着された漏斗状の漏斗体３７と、漏斗体３７の下端に固着された供給口３８とからなる。供給口３８の金型凹部２０に対向して開口する開口部４０は、供給筒１８の移動方向を短辺とする矩形であって、該短辺Ｘの寸法は５〜１０ｍｍである。また、図２及び図３に示すように、前記開口部４０の長辺Ｙは金型凹部２０の幅Ｗより１０ｍｍ程度大きい。供給口３８の下端部である均し部４１，４２の肉厚Ｔは２．５〜５ｍｍである。このように形成することにより、粉末原料１２は、その必要量が金型凹部２０へ容易に落下・撒布され、その直後に均し部４１又は均し部４２により均されるので、この粉末原料１２は均されるまでに金型凹部２０から殆ど熱をうけることがない。そのため、粉末原料１２は均一に均される。なお、弾性体を、シャッタ１６と漏斗体３７との間又は漏斗体３７と供給口３８との間に設けたり、漏斗体３７若しくは供給口３８のいずれか一方又は双方を弾性体で構成してもよい。このようにすれば、均し部４１又は均し部４２を冷却手段２３，２４及び型合わせ面２１に効果的に当接させて、供給筒１８を冷却する効果と粉末原料１２を均す効果を向上させることができる。
【００２０】
次に、本発明の粉末原料の供給方法について詳細に説明する。炭素又は黒鉛の粉末と熱硬化性又は熱可塑性の樹脂とを混合した粉末原料１２は、ホッパ１０及びホッパ１１に投入される。図１に示すように、この粉末原料１２は、シャッタ１６の供給孔１７がホッパ１０に連通するので、供給筒１８の内部に充填される。供給筒１８は冷却手段２３の上面に当接するので、供給口３８とその中に貯留された粉末原料１２は冷却されるとともに、粉末原料１２の漏洩が防止される。この状態は、待機であり、下型２２が前記成形装置１から搬入されるまで継続する。
【００２１】
この間、成形装置１は、図２から理解できるように、可動盤３４が下降し固定盤２８との間に圧締力を作用させ、下型２２の金型凹部２０に前の成形工程で供給された粉末原料２０を上型３２により圧縮してセパレータである成形品３３を圧縮成形する。
【００２２】
成形品３３は、取出装置等の手段により成形装置１の外部へ搬送される。これにより前の成形工程が終了し、当該成形工程が開始する。下型２２は、金型凹部２０内外に付着したバリ等の除去や清掃の他に必要に応じて離型剤の噴霧が行われた後、移動盤２６により成形装置１から搬出されて原料供給装置２へ搬入される。
【００２３】
下型２２が冷却手段２３と冷却手段２４との間の所定位置に位置決めされた後、駆動手段３０は、供給筒１８が冷却手段２３から冷却手段２４に所定の速度で移動するようにシャッタ１６を駆動する。これにより粉末原料１２が金型凹部２０に供給される。
【００２４】
粉末原料１２の金型凹部２０への供給の詳細を図３ないし図５に基づいて説明する。供給口３８の開口部４０は、短辺の寸法がＸ、長辺の寸法がＹの矩形である。供給口３８は短辺方向へ移動する。短辺の寸法Ｘは粉末原料１２が容易に通過し得る最短の寸法に設定されており、供給口３８の移動速度は粉末原料１２の落下を妨げない程度の適度な速度に設定されている。したがって、開口部４０から落下した粉末原料１２は、金型凹部２０を十分に充填するように撒布される。そして、図１から理解できるように、貫通孔１４と供給孔１７との連通はシャッタ１６の移動に伴って遮断されるので、金型凹部２０に供給される粉末原料１２の容積はシャッタ１６の上面から下方のものになる。そのため、供給口３８内の粉末原料１２にはホッパ１０内に貯留された粉末原料１２に基づく大きな圧力が作用しないので、供給口３８から金型凹部２０へ撒布される粉末原料１２の量は変動することがなく安定する。その結果、粉末原料１２を金型凹部２０に供給する精度が高くなるのである。
【００２５】
なお、前記のように、シャッタ１６の上面から下方の粉末原料１２の容積が一成形工程に要する粉末原料１２の量である。但し実際には、粉末原料１２のかさばり変動等を考慮して、シャッタ１６の上面から下方の粉末原料１２の容積は一成形工程に要する粉末原料１２の量より僅かに多くなるように設定される。また、シャッタ１６の上面から下方の粉末原料１２の容積は成形品３３の容積に対応して設定されているので、成形品３３の形状等が変更されて必要な粉末原料１２の容積が変化したときは、シャッタ１６の板厚、漏斗体３７の高さ若しくは形状又は供給口３８の高さ等を変更する。
【００２６】
上記のように供給筒１８が冷却手段２３から冷却手段２４に移動して、当該成形工程のための粉末原料１２の供給が終了すると、移動盤２６は下型２２を原料供給装置２から搬出して成形装置１へ搬入する。そして、成形装置１は、前の成形工程と同様にして当該成形工程としての圧縮成形を実行する。
【００２７】
当該成形工程が終了して下型２２が移動盤２６により成形装置１から搬出され原料供給装置２へ搬入されたとき、次の成形工程としての粉末原料１２の金型凹部２０への供給が開始される。このとき、供給筒１８は、冷却手段２４に当接する位置にあり前の成形工程の場合とは逆の方向に移動する。すなわち、供給筒１８は連続する成形工程毎に交互に異なる方向（Ｘ１，Ｘ２）に移動する。そして、次の成形工程ではホッパ１１に貯留された粉末原料１２は、貫通孔１５と供給孔１７を介して供給筒１８に充填される。これに続く工程では、ホッパ１０に貯留された粉末原料１２が、貫通孔１４と供給孔１７を介して供給筒１８に充填される。このように構成することにより、粉末原料１２を金型凹部２０に供給する効率を高めることができたのである。なお、供給口３８は移動方向に対し対称に形成されており、均し部４１及び均し部４２は同一形状であるから、供給口３８の移動方向に関わらず粉末原料１２を均す状況は同様となる。
【００２８】
なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。例えば、本願の実施の形態では下型を成形装置から外部の原料供給装置へ搬送して粉末原料を供給するようにしたものであるが、原料供給装置を成形装置内の下型の位置へ搬送して移動しない下型へ粉末原料を供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】粉末原料の供給待機状態における本発明の原料供給装置の縦断面図である。
【図２】成形装置の正面図とともに示す図１の原料供給装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】金型凹部とともに示す供給筒の斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】供給筒が金型凹部へ粉末原料を供給する状況を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  成形装置
２  原料供給装置
１２  粉末原料
１６  シャッタ
１８  供給筒
２０  金型凹部
２１  下型の型合わせ面
２３，２４  冷却手段
３３  成形品
３８  供給口
４０  開口部
４１，４２  均し部
Ｘ  供給筒の短辺の寸法
Ｘ１，Ｘ２  供給筒の移動方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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