(57)【要約】【課題】  成形された燃料電池用セパレータを、成形金型から容易に取り出し得る成形装置を提供する。【解決手段】  黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料ＰＭを圧縮成形するための成形金型１１０，１２０、成形金型１１０，１２０による圧縮成形の際に、成形材料ＰＭを昇温した状態に保持するための加熱手段１６０，１７０、および、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている成形金型１２０のキャビティ面１２５の近傍、かつ成形金型１２０の内部に配置される冷却手段１４０を有する。冷却手段１４０は、昇温した状態の成形されたセパレータを、成形金型１２０から取り出す際において、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている成形金型１２０のキャビティ面１２５を冷却する。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の単セルに適用される、流路溝を有するセパレータを製造するための成形方法であって、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料を、成形金型に配置し、昇温した状態において圧縮成形することによって、セパレータを成形し、
昇温した状態のセパレータを、成形金型から取り出す際において、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている成形金型のキャビティ面を、成形金型の内部かつキャビティ面の近傍から冷却する
ことを特徴とする成形方法。
【請求項２】
前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、前記成形材料の昇温温度は、前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度以上であることを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
【請求項３】
前記成形金型のキャビティ面の冷却は、前記成形金型の内部を延長する通路に、冷却媒体を流通させることによって行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成形方法。
【請求項４】
前記通路は、成形金型のキャビティ面の凸部に配置されることを特徴とする請求項３に記載の成形方法。
【請求項５】
前記通路は、ジャケットによって形成されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の成形方法。
【請求項６】
前記冷却媒体は、気体であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項７】
前記気体は、窒素ガスであることを特徴とする請求項６に記載の成形方法。
【請求項８】
前記冷却媒体を、前記通路と、冷却媒体を保持している第１外部槽との間で、循環させることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項９】
前記成形金型のキャビティ面の冷却後において、前記通路に、加熱媒体を導入することを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項１０】
前記成形材料の昇温は、成形金型の内部に配置され、かつ加熱媒体が保持される内部槽からの伝熱によって行われることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項１１】
前記内部槽は、前記成形金型のキャビティ面に沿って延長していることを特徴とする請求項１０に記載の成形方法。
【請求項１２】
前記内部槽に保持される加熱媒体は、前記内部槽の内側に配置される温度調整手段によって、昇温されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の成形方法。
【請求項１３】
前記加熱媒体は、前記内部槽と温度調整手段を有する第２外部槽との間で循環する際に、前記温度調整手段によって、昇温されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の成形方法。
【請求項１４】
前記成形金型のキャビティ面の冷却後において、前記通路に、前記内部槽と第２外部槽との間で循環する加熱媒体を、導入することを特徴とする請求項１３に記載の成形方法。
【請求項１５】
燃料電池の単セルに適用される、流路溝を有するセパレータを製造するための成形装置であって、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料を圧縮成形するための成形金型、
前記成形金型による圧縮成形の際に、成形材料を昇温した状態に保持するための加熱手段、および、
セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている前記成形金型のキャビティ面の近傍、かつ前記成形金型の内部に配置される冷却手段を有しており、
前記冷却手段は、昇温した状態の成形されたセパレータを、前記成形金型から取り出す際において、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている前記成形金型のキャビティ面を冷却する
ことを特徴とする成形装置。
【請求項１６】
前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であり、前記加熱手段は、前記成形材料を、前記バインダー樹脂の熱硬化温度以上に昇温させることを特徴とする請求項１５に記載の成形装置。
【請求項１７】
前記冷却手段は、前記成形金型の内部を延長し、かつ冷却媒体が流通する通路からなることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の成形装置。
【請求項１８】
前記通路は、前記成形金型のキャビティ面の凸部に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の成形装置。
【請求項１９】
前記通路は、ジャケットによって形成されることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の成形装置。
【請求項２０】
前記冷却媒体は、気体であることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項２１】
前記気体は、窒素ガスであることを特徴とする請求項２０に記載の成形装置。
【請求項２２】
冷却媒体を保持している第１外部槽、および前記第１外部槽と前記通路との間で、冷却媒体を循環させるための第１配管手段を、さらに有することを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項２３】
前記成形金型のキャビティ面の冷却後において、前記通路に、加熱媒体を導入させるための導入手段を、さらに有することを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項２４】
前記加熱手段は、前記成形金型の内部に配置され、かつ加熱媒体が保持される内部槽を有することを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項２５】
前記内部槽は、前記成形金型のキャビティ面に沿って延長していることを特徴とする請求項２４に記載の成形装置。
【請求項２６】
前記加熱手段は、前記内部槽の内側に配置される温度調整手段を、さらに有することを特徴とする請求項２４又は請求項２５に記載の成形装置。
【請求項２７】
前記加熱手段は、温度調整手段を有する第２外部槽、および前記第２外部槽と前記内部槽との間で、加熱媒体を循環させるための第２配管手段を、さらに有することを特徴とする請求項２４又は請求項２５に記載の成形装置。
【請求項２８】
前記成形金型のキャビティ面の冷却後において、前記通路に、前記内部槽と前記第２外部槽との間で循環する加熱媒体を、導入するための導入手段を、さらに有することを特徴とする請求項２７に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータの成形方法および成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の単セルは、燃料ガスと酸化剤ガス等とを分離するためのセパレータを有する。セパレータは、燃料ガスや酸化剤ガス等を流通させるための流路溝を有し、粉末状の成形材料を、昇温状態において圧縮成形することで製造される（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３９３１号公報
【特許文献２】特開２００１−６２８５８号公報
【特許文献３】特開２００４−２２２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、セパレータの流路溝は、微小かつ複雑な凹凸形状を有するため、成形金型に対する離型性に問題を有する。
【０００４】
例えば、凹凸形状により表面積が増加するため、摩擦抵抗が増大し、また、成形後における温度低下に伴ってセパレータが収縮し、流路溝による成形金型に対する大きなアンカー効果（食付き）を生じる。さらに、流路溝が中央部に存在し、平均厚さは、周辺部よりも中央部の方が薄くなるため、薄肉部の密度が厚肉部の密度より高くなる。そのため、大きなスプリングバックを生じ、アンカー効果を増大させる。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、成形された燃料電池用セパレータを、成形金型から容易に取り出し得る成形方法および成形装置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】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
燃料電池の単セルに適用される、流路溝を有するセパレータを製造するための成形方法であって、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料を、成形金型に配置し、昇温した状態において圧縮成形することによって、セパレータを成形し、
昇温した状態のセパレータを、成形金型から取り出す際において、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている成形金型のキャビティ面を、成形金型の内部かつキャビティ面の近傍から冷却する
ことを特徴とする成形方法である。
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１５に記載の発明は、
燃料電池の単セルに適用される、流路溝を有するセパレータを製造するための成形装置であって、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料を圧縮成形するための成形金型、
前記成形金型による圧縮成形の際に、成形材料を昇温した状態に保持するための加熱手段、および、
セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている前記成形金型のキャビティ面の近傍、かつ前記成形金型の内部に配置される冷却手段を有しており、
前記冷却手段は、昇温した状態の成形されたセパレータを、前記成形金型から取り出す際において、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている前記成形金型のキャビティ面を冷却する
ことを特徴とする成形装置である。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成した本発明は、以下の効果を奏する。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、昇温した状態のセパレータを、成形金型から取り出す際において、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている成形金型のキャビティ面は、成形金型の内部かつキャビティ面の近傍から冷却される。成形金型のキャビティ面の凸部および凸部近傍の温度は、セパレータの流路溝および流路溝近傍の温度に比べて、急速に低下し、成形金型は、離型方向に収縮し、アンカー効果による影響を抑制するため、離型性が向上する。つまり、成形された燃料電池用セパレータを、成形金型から容易に取り出し得る成形方法を提供することが可能である。
【００１０】
請求項１５に記載の発明によれば、昇温した状態のセパレータを、成形金型から取り出す際において、セパレータの流路溝に対応する凸部が形成されている成形金型のキャビティ面を、成形金型の内部かつキャビティ面の近傍から冷却することが可能である。この場合、成形金型のキャビティ面の凸部および凸部近傍の温度は、セパレータの流路溝および流路溝近傍の温度に比べて、急速に低下し、成形金型は、離型方向に収縮し、アンカー効果による影響を抑制するため、離型性が向上する。つまり、成形された燃料電池用セパレータを、成形金型から容易に取り出し得る成形装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施の形態１に係る燃料電池およびセパレータを説明するための分解図である。
【００１２】
実施の形態１に係る燃料電池１０は、単セルを多数積層してなる積重ね体の形態で、例えば、自動車の駆動源として使用される。単セルは、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池であり、固体高分子電解質膜２０、ガス拡散層３０，４０、および、セパレータ５０，６０を有する。
【００１３】
ガス拡散層３０，４０は、フレーム３５，４５に支持され、固体高分子電解質膜２０の両面に配置される。セパレータ５０，６０は、粉末状の成形材料を加圧圧縮することで形成される成形体であり、ガス拡散層３０，４０の外面に配置される。
【００１４】
成形材料は、導電性を有する黒鉛（例えば、７０〜９０ｗｔ％）およびバインダー樹脂（例えば、１０〜３０ｗｔ％）を有する粉末状の混合物である。黒鉛は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛を適用することが可能である。
【００１５】
バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、セパレータ５０，６０に含まれるバインダー樹脂は、熱硬化している。熱硬化性樹脂は、経済性、作業性、成形性、物性（耐酸性、耐熱性、流体不透過性）などに優れているフェノール樹脂が好ましいが、メラミン樹脂やポリアミド樹脂などの他の熱硬化性樹脂を適用することも可能である。熱硬化性樹脂は、小径であることが好ましく、これにより、反応速度が上昇し、かつ黒鉛間の空間が小さくなることで、得られるセパレータの強度を向上させることが可能である。
【００１６】
セパレータ５０は、発生した電気が流れる電気伝導面である上部面５１および下部面５６を有する。上部面５１は、冷却水を流通させるための流路溝５２が形成され、密閉部材７０を介して、隣接する単セルのセパレータ６０と相対している。下部面５６は、酸化剤ガス（空気）を流通させるための流路溝５７が形成され、密閉部材７２を介して、ガス拡散層３０と相対している。
【００１７】
セパレータ６０は、発生した電気が流れる電気伝導面である上部面６１および下部面６６を有する。上部面６１は、燃料ガス（水素）を流通させるための流路溝６２が形成され、密閉部材７４を介して、ガス拡散層４０と相対している。下部面６６は、略平坦であり、密閉部材７０を介して、隣接する単セルのセパレータ５０と相対している。
【００１８】
流路溝５２，５７，６２の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。密閉部材７０，７２，７４は、酸化剤ガスおよび燃料ガスの漏出を抑制するために配置されており、例えば、ガスケットや接着シールによって構成することが可能である。
【００１９】
図２は、実施の形態１に係る成形装置を説明するための概略図、図３は、図２に示される成形装置の上型を説明するための平面図、図４は、図２に示される成形装置の下型を説明するための平面図、図５は、図４の線Ｖ−Ｖに関する断面図、図６は、図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図である。
【００２０】
成形装置１００は、セパレータ６０の製造に適用され、上型（成形金型）１１０、下型（成形金型）１２０、押圧装置１３０、冷却装置、加熱装置および制御装置１９０を有する。
【００２１】
上型１１０は、下型１２０に対して近接離間可能に配置され、セパレータ６０の下部面６６に対応する略平坦なキャビティ面１１５を有する。下型１２０は、固定式に配置され、セパレータ６０の上部面６１に対応するキャビティ面１２５を有し、上型１１０と連携し、黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料ＰＭを圧縮成形するために使用される。キャビティ面１２５は、セパレータ６０の流路溝６２に対応する凸部１２８および凸部１２８の間の凹部１２６を有する。
【００２２】
押圧装置１３０は、上型１１０を駆動し、下型１２０と連携した型締めおよび圧縮成形をするために使用され、油圧シリンダ等の駆動装置を有する。
【００２３】
冷却装置は、セパレータ６０の流路溝６２に対応する凸部１２８が形成されている下型１２０のキャビティ面１１５の近傍かつ下型１２０の内部に配置される冷却手段を有する。冷却手段は、実施の形態１においては、下型１２０の内部を延長し、窒素ガスが流通する冷媒通路１４０からなる。窒素ガスは、冷却媒体である。必要に応じ、他の気体あるいは液体を、冷却媒体として適用することも可能である。
【００２４】
冷媒通路１４０は、下型１２０のキャビティ面１２５の凸部１２８に配置され、ジャケット１４１によって形成される。冷媒通路１４０の形成は、例えば、チューブ材を利用することも可能である。
【００２５】
また、冷却装置は、液体窒素を保持している外部冷媒槽（第１外部槽）１５０、および外部冷媒槽１５０と冷媒通路１４０との間で、窒素ガスを循環させるための冷媒配管（第１配管手段）１４２，１４４を有する。したがって、冷媒通路１４０に、外部冷媒槽１５０から供給される気化された低温の窒素ガスを、冷媒配管１４２，１４４を経由して、流通させることによって、下型１２０のキャビティ面１２５を冷却することが可能である。なお、冷却される部位は、部分的（局所的）つまり下型１２０の上層部のみであるため、次バッチの温間圧縮成形に適した温度に復帰するための所要時間の増加は、抑制される。
【００２６】
加熱装置は、下型１２０の内部に配置され、かつ作動油が保持される内部熱媒槽１６０を有する。作動油は、加熱媒体であり、内部熱媒槽１６０からの伝熱は、上型１１０および下型１２０による圧縮成形の際に、成形材料ＰＭを昇温した状態に保持するために使用される。加熱媒体は、作動油に限定されず、必要に応じ、他の液体を適用することも可能である。
【００２７】
内部熱媒槽１６０は、冷媒通路１４０の下方に位置し、下型１２０のキャビティ面１２５に沿って延長しており、その内側に、６本のカートリッジヒータ１７０が配置される。カートリッジヒータ１７０は、成形材料ＰＭのバインダー樹脂を熱硬化させるために適した温度に、作動油を昇温させる温度調整手段である。
【００２８】
加熱装置は、加熱媒体を利用する形態に限定されず、電磁誘導加熱、超音波加熱、抵抗加熱（抵抗発熱体）等を適宜適用することも可能である。電磁誘導加熱および超音波加熱は、加熱媒体の場合と同様に、急速加熱の観点から好ましい。さらに、電磁誘導加熱は、成形材料ＰＭに含まれる黒鉛を直接加熱する機能を有する点においても好ましい。
【００２９】
制御装置１９０は、押圧装置１３０を操作し、上型１１０および下型１２０による型締めおよび圧縮成形を制御する一方、カートリッジヒータ１７０を操作し、バインダー樹脂の熱硬化に必要な温度を管理することで、セパレータ６０を温間圧縮成形するために使用される。また、制御装置１９０は、外部冷媒槽１５０を操作し、セパレータ６０を、下型１２０から取り出す際において、冷媒通路１４０に、外部冷媒槽１５０から供給される気化された低温の窒素ガスを、流通させるために使用される。
【００３０】
以上のように、成形装置１００は、昇温した状態のセパレータを、成形金型から取り出す際において、成形金型のキャビティ面の凸部および凸部近傍の温度を、セパレータの流路溝および流路溝近傍の温度に比べて、急速に低下させることが可能であり、成形金型は、離型方向に収縮し、アンカー効果による影響を抑制するため、離型性が向上する。
【００３１】
なお、セパレータ６０の製造に適用され成形装置は、上型のキャビティ面が略平坦でなく、セパレータ５０の上部面５１に対応して凹凸状である点を除けば、成形装置１００と略同一であり、重複を避けるため、その説明は省略する。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る成形方法を説明する。
【００３３】
図７は、成形材料の充填を説明するための断面図、図８は、図７に続く、型締めを説明するための断面図、図９は、図８に続く、温間圧縮成形を説明するための断面図、図１０は、図９に続く、型開きおよび部分急冷を説明するための断面図、図１１は、図１０の線ＸＩ−ＸＩに関する断面図である。
【００３４】
下型１２０のキャビティ面１２５に、セパレータ６０を成形するために必要とされる量の成形材料ＰＭを配置する（図７参照）。これは、例えば、成形材料ＰＭを保持している容器と連結しているノズルから、成形材料ＰＭを吐出させながら移動させ、必要とされる充填量に達すると、ノズルからの成形材料ＰＭの吐出を停止し、不均一な成形材料ＰＭの表面を擦切り、平坦とすることで、実施することが可能である。
【００３５】
なお、タイムサイクルを短縮化するために、制御装置１９０からの指示により、カートリッジヒータ１７０によって内部熱媒槽１６０の作動油の温度が調整されており、下型１２０は予備昇温している。予備昇温は、適宜省略することも可能である。
【００３６】
次に、制御装置１９０からの指示により、押圧装置１３０は、上型１１０を降下させ、型締めすることで、上型１１０および下型１２０のキャビティ面１１５，１２５に位置する成形材料ＰＭを、加圧圧縮する（図８参照）。
【００３７】
上型１１０は、セパレータ６０の下部面６６に対応するキャビティ面１１５を備えているため、成形材料ＰＭの上面は、セパレータ６０の下部面６６に対応する略平坦な形状に成形される。一方、下型１２０は、セパレータ６０の上部面６１に対応するキャビティ面１２５を備えているため、成形材料ＰＭの下面は、セパレータ６０の上部面６１に対応する凹凸形状に成形される。
【００３８】
一方、加熱装置は、制御装置１９０からの指示により、カートリッジヒータ１７０によって内部熱媒槽１６０の作動油の温度を調整し、昇温させる。内部熱媒槽１６０からの伝熱は、成形材料ＰＭの温度を、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に上昇させ、バインダー樹脂を熱硬化させる。
【００３９】
バインダー樹脂の熱硬化が完了し、温間圧縮成形が終了すると、セパレータ６０が得られる（図９参照）。制御装置１９０からの指示により、押圧装置１３０は、上型１１０を上昇させ、型開きする。そして、昇温した状態のセパレータ６０を、下型１２０から取り出す際において、外部冷媒槽１５０は、制御装置１９０からの指示により、気化された低温の窒素ガスを、冷媒配管１４２，１４４を経由して冷媒通路１４０に流通させる（図１０および図１１参照）。
【００４０】
その結果、セパレータ６０の流路溝６２に対応する凸部１２８が形成されている下型１２０のキャビティ面１２５は、下型１２０の内部かつキャビティ面１２５の近傍から冷却される。下型１２０のキャビティ面１２５の凸部１２８および凸部近傍の温度は、セパレータ６０の流路溝６２および流路溝近傍の温度に比べて、急速に低下し、下型１２０は、離型方向に収縮し、アンカー効果による影響を抑制するため、離型性が向上する。そのため、セパレータ６０は、容易に取り出される。セパレータ６０は、高温であるため、例えば、軸流ファンなどの送風機や、冷却媒体（冷媒）によって冷却される。
【００４１】
図１２は、成形装置の下型の温度分布を説明するための平面図である。
【００４２】
下型１２０を９個の領域Ａ１〜Ａ９に区分し、温度分布を測定したところ、内部熱媒槽１６０を利用しない比較例の場合に比べて、温度差が２０度以上縮小している。また、成形されたセパレータの板厚のばらつきは、約０．１ｍｍであり、内部熱媒槽１６０を利用しない比較例の場合に比べて、約半分となっている。これは、温度差が縮小し、成形材料が均等に昇温されるため、バインダー樹脂の不均一な速度での溶融が抑制され、板厚のばらつきを引き起こす成形材料の不適当な流動が、阻害されたためである。
【００４３】
なお、抜き勾配が３度、５度および１０度の３種類の下型を用意し、冷媒通路１４０の有無によって離型性を比較したところ、冷媒通路１４０を有しない比較例においては、抜き勾配が１０度の場合でも、十分な離型性が得られなかったが、冷媒通路１４０を適用すると、３度の場合でも離型可能であった。
【００４４】
以上のように、実施の形態１は、成形された燃料電池用セパレータを、成形金型から容易に取り出し得る成形方法および成形装置を提供することが可能である。
【００４５】
また、セパレータの離型性が向上するため、成形金型の抜き勾配や、隅部の曲面形状に関する設計上の自由度が増す。そのため、設計が比較的容易となり、抜き勾配や、隅部の曲面形状を最適化するためのトライアル回数を削減し、成形金型の製造コストおよび製造期間を短縮化することが可能である。
【００４６】
図１３は、実施の形態２に係る成形装置を説明するための概略図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００４７】
成形装置２００は、上型２１０、下型２２０、押圧装置２３０、冷却装置、加熱装置および制御装置２９０を有する。なお、符号２４０および２５０は、下型２２０の内部を延長し、窒素ガスが流通する冷媒通路、および液体窒素を保持している外部冷媒槽を、それぞれ示している。
【００４８】
加熱装置は、外部熱媒槽（第２外部槽）２７５および熱媒配管（第２配管手段）２６２，２６４を有する。外部熱媒槽２７５は、内部にヒータ２７０を有する。熱媒配管２６２，２６４は、外部熱媒槽２７５と内部熱媒槽２６０との間で、作動油を循環させるために使用される。ヒータ２７０は、制御装置２９０によって制御されており、外部熱媒槽２７５と内部熱媒槽２６０との間で循環する作動油を、昇温することで、内部熱媒槽２６０に保持される作動油の温度を調整するための温度調整手段である。
【００４９】
以上のように、実施の形態２は、内部熱媒槽の内側に温度調整手段が配置されておらず、成形装置の下型の構造を簡略することが可能である。
【００５０】
図１４は、実施の形態３に係る成形装置を説明するための概略図、図１５は、実施の形態３に係る部分急冷後の昇温を説明するための概略図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００５１】
成形装置３００は、上型３１０、下型３２０、押圧装置３３０、冷却装置、加熱装置、熱媒導入手段３８０および制御装置３９０を有する。
【００５２】
冷却装置は、冷媒通路３４０、外部冷媒槽３５０、および外部冷媒槽３５０と冷媒通路３４０との間で、窒素ガスを循環させるための冷媒配管３４２，３４４を有する。加熱装置は、内部熱媒槽３６０、外部熱媒槽３７５および熱媒配管３６２，３６４を有する。外部熱媒槽３７５は、内部にヒータ３７０を有する。熱媒配管３６２，３６４は、外部熱媒槽３７５と内部熱媒槽３６０との間で、作動油を循環させるために使用される。
【００５３】
熱媒導入手段３８０は、切換え弁（流路切換え手段）３８２，３８４および分岐配管（分岐手段）３６３，３６５を有する。流路切換え弁３８２は、外部冷媒槽３５０からの窒素ガスを冷媒通路３４０に供給するための冷媒配管３４２の途中に配置される。分岐配管３６３は、外部熱媒槽３７５からの作動油を内部熱媒槽３６０に供給するための熱媒配管３６２の途中に配置され、流路切換え弁３８２に連結されている。
【００５４】
流路切換え弁３８４は、冷媒通路３４０から流出した窒素ガスが、外部冷媒槽３５０に向って循環するための冷媒配管３４４の途中に配置される。分岐配管３６５は、内部熱媒槽３６０から流出した作動油が、外部熱媒槽３７５に向って循環するための熱媒配管３６４の途中に配置され、流路切換え弁３８４に連結されている。
【００５５】
切換え弁３８２，３８４は、制御装置３９０によって操作され、窒素ガスおよび作動油の循環を制御する。詳述すると、昇温した状態の成形されたセパレータを、下型３２０から取り出す際において、切換え弁３８２，３８４は、窒素ガスの通過を妨げない一方、分岐配管３６３，３６５を経由する作動油の流入を遮断する。そのため、下型３２０のキャビティ面３２５の冷却に影響を及ぼさない。
【００５６】
下型３２０のキャビティ面３２５の冷却後、セパレータが取り出されると、切換え弁３８２，３８４は、窒素ガスの通過を遮断する一方、分岐配管３６３，３６５を経由する作動油の流入を許可する（図１５参照）。その結果、外部熱媒槽３７５から供給され、熱媒配管３６４を流通する作動油の一部が、分岐配管３６３を経由して、冷媒配管３４２に導入され、冷媒通路３４０、冷媒配管３４４および分岐配管３６５を経由し、熱媒配管３６４を流通する作動油に合流し、外部熱媒槽３７５に戻って循環する。
【００５７】
高温の作動油は、冷媒通路３４０を通過することで、下型３２０のキャビティ面３２５の温度を急上昇させる。したがって、冷媒通路３４０を窒素ガスが通過することで温度が低下しているキャビティ面２２５は、次バッチの温間圧縮成形に適した温度に迅速に復帰する。
【００５８】
以上のように、実施の形態３は、タイムサイクルを短縮化することが可能である。なお、熱媒導入手段は、切換え弁および分岐配管を組み合わせた構成に限定されない。また、内部熱媒槽３６０に保持されている加熱媒体を、冷媒通路３４０に導入さすることも可能である。
【００５９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【００６０】
例えば、成形材料は、粉末状の形態で直接利用することに限定されず、シート状の予備成形体の形態やビレット状の予備成形体の集成体の形態で、適用することも可能である。この場合、予備成形体は、強固に凝集しておらず、成形型（上型）の押圧によって分散し、流動性を呈すことが必要である。
【００６１】
また、バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂に限定されず、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を適用することも可能である。ただし、熱可塑性樹脂が適用される場合、樹脂の軟化点以上の適した溶融温度まで、成形材料を昇温することが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池およびセパレータを説明するための分解図である。
【図２】実施の形態１に係る成形装置を説明するための概略図である。
【図３】図２に示される成形装置の上型を説明するための平面図である。
【図４】図２に示される成形装置の下型を説明するための平面図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖに関する断面図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図である。
【図７】実施の形態１に係る成形方法を説明するための断面図であり、成形材料の充填を示している。
【図８】図７に続く、型締めを説明するための断面図である。
【図９】図８に続く、温間圧縮成形を説明するための断面図である。
【図１０】図９に続く、型開きおよび部分急冷を説明するための断面図である。
【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩに関する断面図である。
【図１２】成形装置の下型の温度分布を説明するための平面図である。
【図１３】実施の形態２に係る成形装置を説明するための概略図である。
【図１４】実施の形態３に係る成形装置を説明するための概略図である。
【図１５】実施の形態３に係る部分急冷後の昇温を説明するための概略図である。を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０・・燃料電池、
２０・・固体高分子電解質膜、
３０，４０・・ガス拡散層、
３５，４５・・フレーム、
５０・・セパレータ、
５１・・上部面、
５２・・流路溝、
５６・・下部面、
５７・・流路溝、
６０・・セパレータ、
６１・・上部面、
６２・・流路溝、
６６・・下部面、
７０，７２，７４・・密閉部材、
１００・・成形装置、
１１０・・上型（成形金型）、
１１５・・キャビティ面、
１２０・・下型（成形金型）、
１２５・・キャビティ面、
１２６・・凹部、
１２８・・凸部、
１３０・・押圧装置、
１４０・・冷媒通路（冷却手段）、
１４１・・ジャケット、
１４２，１４４・・冷媒配管（第１配管手段）、
１５０・・外部冷媒槽（第１外部槽）、
１６０・・内部熱媒槽、
１７０・・カートリッジヒータ（温度調整手段）、
１９０・・制御装置、
２００・・成形装置、
２１０・・上型、
２２０・・下型、
２２５・・キャビティ面、
２３０・・押圧装置、
２４０・・冷媒通路（冷却手段）、
２５０・・外部冷媒槽（第１外部槽）、
２６０・・内部熱媒槽、
２６２，２６４・・熱媒配管（第２配管手段）、
２７０・・ヒータ、
２７５・・外部熱媒槽（第２外部槽）、
２９０・・制御装置、
３００・・成形装置、
３１０・・上型、
３２０・・下型、
３２５・・キャビティ面、
３３０・・押圧装置、
３４０・・冷媒通路、
３４２，３４４・・冷媒配管（第１配管手段）、
３５０・・外部冷媒槽（第１外部槽）、
３６０・・内部熱媒槽、
３６２，３６４・・熱媒配管（第２配管手段）、
３６３，３６５・・分岐配管、
３７０・・ヒータ（温度調整手段）、
３７５・・外部熱媒槽（第２外部槽）、
３８０・・熱媒導入手段、
３８２，３８４・・切換え弁、
３９０・・制御装置、
Ａ１〜Ａ９・・領域、
ＰＭ・・成形材料。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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