(57)【要約】【課題】  二つの予備成形体を別々に成形することなく、薄板の厚さ方向両面にエラストマー製の弾性部材を成形することができる積層体の製造方法を提供する。【解決手段】  積層体の製造方法は、第一金型６１に、エラストマー材料Ｇ１からなり弾性部材５０の全体を形成するための予備成形体５０Ｆを配置する予備成形体配置工程と、薄板４０Ｕの第一面を第一金型６１側にして、予備成形体５０Ｆの一部５００Ｆを覆うように薄板４０Ｕを配置する薄板配置工程と、薄板４０Ｕの第二面側に第二金型６３を重ねて型締めすることにより、予備成形体５０Ｆの他部５０１Ｆを薄板４０Ｕの側面に沿って第二面側に流動させる型締め工程と、第一金型６１および第二金型６３を加熱することにより、予備成形体５０Ｆを架橋させる架橋工程と、を有する。【選択図】  図６
2015191780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板と、該薄板の厚さ方向両面に配置されるエラストマー製の弾性部材と、を有する積層体の製造方法であって、
該エラストマーの未架橋物をエラストマー材料とし、
該薄板の該厚さ方向両面のうちの一方を第一面、他方を第二面とし、該第一面および該第二面に対して交差する面を側面として、
第一金型に、該エラストマー材料からなり該弾性部材の全体を形成するための予備成形体を配置する予備成形体配置工程と、
該薄板の該第一面を該第一金型側にして、該予備成形体の一部を覆うように該薄板を配置する薄板配置工程と、
該薄板の該第二面側に第二金型を重ねて型締めすることにより、該予備成形体の他部を該薄板の該側面に沿って該第二面側に流動させる型締め工程と、
該第一金型および該第二金型を加熱することにより、該予備成形体を架橋させる架橋工程と、
を有することを特徴とする積層体の製造方法。
【請求項２】
前記予備成形体は、前記薄板配置工程において前記薄板に覆われる被覆部と、該薄板の厚さ方向に突出する突出部と、を有し、
前記型締め工程において、該突出部は該予備成形体の前記他部として、該薄板の前記側面および前記第二面に配置される請求項１に記載の積層体の製造方法。
【請求項３】
前記第二金型は、合わせ面に配置される凹部と、該凹部に隣接して配置される突起部と、を有し、
前記型締め工程において、該突起部で前記薄板に覆われない前記予備成形体の前記他部を押圧し、該他部を該第二金型の該凹部に流入させることにより、該他部を該薄板の前記側面および前記第二面に配置する請求項１に記載の積層体の製造方法。
【請求項４】
前記第二金型の前記突起部は、前記凹部側にテーパ部または段差部を有する請求項３に記載の積層体の製造方法。
【請求項５】
前記積層体は、燃料電池の構成部材である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の積層体の製造方法。
【請求項６】
前記薄板はセパレータであり、前記弾性部材はシール部材である請求項５に記載の積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の構成部材などに用いられ、薄板の厚さ方向両面に弾性部材が配置された積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を含む電極部材を、セパレータで挟持したセルが発電単位となる。燃料電池は、セルを多数積層して構成される。電極部材の周囲や、隣り合うセパレータの間には、ガスや冷媒に対するシール性と絶縁性とを確保するために、エラストマー製のシール部材が配置される。
【０００３】
シール部材は極めて薄く微細な形状を有する。このため、シール部材とセパレータおよび電極部材とが一体化された燃料電池セルアセンブリを製造する場合、セパレータおよび電極部材を金型にセットして、エラストマーの未架橋物であるエラストマー材料を射出成形すると、エラストマー量の微調整が難しく、シール部材の寸法精度を実現することができない。加えて、エラストマー材料の射出圧によりＭＥＡが変形してしまうという問題もある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載されているように、燃料電池セルアセンブリの製造においては、エラストマー材料を予め所定の形状に成形しておき、これをセパレータの厚さ方向両面および電極部材の周囲に配置して架橋させることにより、シール部材とセパレータおよび電極部材とを一体化している。この他、特許文献２には、燃料電池用のシール部材付きセパレータの製造方法として、ヒンジ部により開閉可能に連結された上型と下型との各々にエラストマー材料からなる予備成形体を成形する工程と、セパレータをインサートする工程と、上型を下型に被せて型締めして予備成形体を架橋する工程と、を有する方法が開示されている。また、特許文献３には、薄板の厚さ方向両面にゴム部材を成形する方法として、上型と下型との各々にエラストマー材料からなる予備成形体を成形する工程と、上型と下型とを重ね合わせると共に予備成形体の間に薄板を配置して予備成形体を架橋する工程と、を有する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４３５８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１７８９７７号公報
【特許文献３】特開２００５−４７２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の方法によると、セパレータの厚さ方向両面にシール部材を成形するには、上型、下型などを用いて、二つの予備成形体を別々に成形しておく必要がある。このため、製造工程が増え、予備成形体ごとに金型が必要になるためコストも増加する。また、特許文献２、３に開示されている方法においては、成形した予備成形体を収容したまま一方の金型を反転させて、他方の金型に重ね合わせている。この方法によると、金型に対する予備成形体の接着性が充分ではない場合、反転時に金型から予備成形体が脱落するおそれがある。また、作業が煩雑になるため、量産には適さない。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、二つの予備成形体を別々に成形することなく、薄板の厚さ方向両面にエラストマー製の弾性部材を成形することができる積層体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の積層体の製造方法は、薄板と、該薄板の厚さ方向両面に配置されるエラストマー製の弾性部材と、を有する積層体の製造方法であって、該エラストマーの未架橋物をエラストマー材料とし、該薄板の該厚さ方向両面のうちの一方を第一面、他方を第二面とし、該第一面および該第二面に対して交差する面を側面として、第一金型に、該エラストマー材料からなり該弾性部材の全体を形成するための予備成形体を配置する予備成形体配置工程と、該薄板の該第一面を該第一金型側にして、該予備成形体の一部を覆うように該薄板を配置する薄板配置工程と、該薄板の該第二面側に第二金型を重ねて型締めすることにより、該予備成形体の他部を該薄板の該側面に沿って該第二面側に流動させる型締め工程と、該第一金型および該第二金型を加熱することにより、該予備成形体を架橋させる架橋工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
薄板配置工程においては、薄板を、予備成形体の一部を覆うように配置する。これにより、薄板の第一面側には予備成形体の一部が配置される。続く型締め工程においては、薄板に覆われていない予備成形体の他部を、薄板の側面に沿って第二面側に流動させる。このように、金型の型締めを利用して、予備成形体の他部を薄板の第二面側に流動させることにより、薄板をＣ字状に挟むように、薄板の第一面と第二面とに予備成形体を配置することができる。そして、この状態で予備成形体を架橋させることにより、薄板の第一面と第二面とに弾性部材を成形することができる。
【００１０】
本発明の積層体の製造方法によると、一つの予備成形体から、薄板の厚さ方向両面に配置される弾性部材を成形することができる。すなわち、本発明の積層体の製造方法によると、二つの予備成形体を別々に成形しておく必要はない。このため、製造工程を減らすことができ、金型などにかかるコストを削減することができる。また、別々に成形した予備成形体を薄板を挟んで重ね合わせる際に行っていた金型の反転も必要もない。このため、予備成形体が脱落するという問題は生じない。また、作業効率が向上し、量産も可能になる。したがって、本発明の製造方法によると、薄板の厚さ方向両面にエラストマー製の弾性部材が成形された積層体を、容易かつ低コストに製造することができる。
【００１１】
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記予備成形体は、前記薄板配置工程において前記薄板に覆われる被覆部と、該薄板の厚さ方向に突出する突出部と、を有し、前記型締め工程において、該突出部は該予備成形体の前記他部として、該薄板の前記側面および前記第二面に配置される構成とするとよい。
【００１２】
予備成形体は、被覆部と突出部とを有する。突出部は、薄板配置工程において予備成形体に積層される薄板の厚さ方向に突出している。このため、突出部は、型締め工程において、第二金型に押圧されて流動し、薄板の側面および第二面に配置される。本構成によると、型締めを利用して突出部を流動させることにより、薄板の第二面側に予備成形体を容易に配置することができる。
【００１３】
（３）好ましくは、上記（１）の構成において、前記第二金型は、合わせ面に配置される凹部と、該凹部に隣接して配置される突起部と、を有し、前記型締め工程において、該突起部で前記薄板に覆われない前記予備成形体の前記他部を押圧し、該他部を該第二金型の該凹部に流入させることにより、該他部を該薄板の前記側面および前記第二面に配置する構成とするとよい。
【００１４】
第二金型の合わせ面には、凹部と突起部とが形成されている。型締め工程において、第二金型の突起部は、薄板に覆われない予備成形体の他部を押圧する。これにより押し出された予備成形体は、薄板の側面に沿って第二金型側へ流動し、第二金型の凹部に充填される。本構成によると、型締めを利用して、第二金型に設けた突起部で予備成形体の他部を押し出すことにより、薄板の第二面側に予備成形体を容易に配置することができる。また、突起部の大きさを変更することにより、予備成形体の押し出し量を調整することができる。このため、本構成によると、薄板の第二面に配置する予備成形体の量の調整が容易である。
【００１５】
（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記第二金型の前記突起部は、前記凹部側にテーパ部または段差部を有する構成とするとよい。
【００１６】
上記（３）の構成によると、第二金型の突起部により押し出された予備成形体は、薄板の側面に沿って第二金型側へ流動し、第二金型の凹部に充填される。この際、突起部が凹部側にテーパ部または段差部を有すると、予備成形体が凹部側に流動しやすくなる。これにより、バリの発生を少なくし、成形される弾性部材の寸法精度を向上させることができる。
【００１７】
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記積層体は、燃料電池の構成部材である構成とするとよい。
【００１８】
上述したように、燃料電池セルアセンブリを構成するセパレータの厚さ方向両面には、エラストマー製のシール部材が配置される。したがって、本発明の積層体の製造方法は、燃料電池の構成部材であるシール部材付きセパレータ、あるいは燃料電池アセンブリの製造方法として好適である。
【００１９】
（６）好ましくは、上記（５）の構成において、前記薄板はセパレータであり、前記弾性部材はシール部材である構成とするとよい。
【００２０】
本構成によると、セパレータの厚さ方向両面にシール部材を有するシール部材付きセパレータや、セパレータとシール部材と電極部材とが一体化された燃料電池アセンブリを、容易かつ低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一実施形態の燃料電池セルアセンブリを備える燃料電池の斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】同セルアセンブリの製造方法の予備成形体配置工程において、射出成形に用いられる金型の型締め状態の上下方向断面図である。
【図４】同予備成形体配置工程の射出成形後における下型の上下方向断面図である。
【図５】薄板配置工程における下型の上下方向断面図である。
【図６】型締め工程における金型の型締め前の状態の上下方向断面図である。
【図７】同金型の型締め状態の上下方向断面図である。
【図８】第二実施形態のシール部材付きセパレータの上下方向断面図である。
【図９】同シール部材付きセパレータの製造方法の予備成形体配置工程における下型の上下方向断面図である。
【図１０】薄板配置工程における下型の上下方向断面図である。
【図１１】型締め工程における金型の型締め前の状態の上下方向断面図である。
【図１２】同金型の型締め状態の上下方向断面図である。
【図１３】第三実施形態のシール部材付きセパレータの上下方向断面図である。
【図１４】同シール部材付きセパレータの製造方法の予備成形体配置工程における下型の上下方向断面図である。
【図１５】薄板配置工程における下型の上下方向断面図である。
【図１６】型締め工程における金型の型締め前の状態の上下方向断面図である。
【図１７】同金型の型締め状態の上下方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の積層体の製造方法の実施の形態について説明する。
【００２３】
＜第一実施形態＞
本実施形態において、本発明の積層体の製造方法は、燃料電池セルアセンブリの製造方法として具現化されている。
【００２４】
［燃料電池の構成］
まず、本実施形態の燃料電池セルアセンブリ（以下、適宜「セルアセンブリ」と略称する。）を備える燃料電池の構成について説明する。図１に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリを備える燃料電池の斜視図を示す。図１に示すように、燃料電池１は、セルアセンブリ２が多数積層されて構成されている。燃料電池１は、固体高分子型燃料電池である。多数のセルアセンブリ２の上下方向両端には、一対のエンドプレート１３、１４が配置されている。一対のエンドプレート１３、１４は、各々、ステンレス鋼製であって矩形板状を呈している。
【００２５】
燃料電池１の左縁には、後方から前方に向かって、空気（酸化剤ガス）を供給する空気供給部材１０ａ、冷却水を供給する冷却水供給部材１２ａ、水素（燃料ガス）を供給する水素供給部材１１ａが接続されている。燃料電池１の右縁には、前方から後方に向かって、空気を排出する空気排出部材１０ｂ、冷却水を排出する冷却水排出部材１２ｂ、水素を排出する水素排出部材１１ｂが接続されている。多数のセルアセンブリ２には、各々、複数の連通孔が形成されている。各連通孔が積層方向に連なることにより、燃料電池１には、セルアセンブリ２の積層方向に空気、水素、冷却水の流路が形成されている。
【００２６】
［燃料電池セルアセンブリの構成］
次に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの構成について説明する。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ断面図を示す。図２に示すように、セルアセンブリ２は、電極部材３と、第一セパレータ４０Ｄと、第二セパレータ４０Ｕと、シール部材５０と、を備えている。
【００２７】
（電極部材３）
図２に示すように、電極部材３は、ＭＥＡ３０と、アノード多孔質層３１と、カソード多孔質層３２と、を備えている。ＭＥＡ３０は、電解質膜と、アノード触媒層と、カソード触媒層と、を備えている。電解質膜は、全フッ素系スルホン酸膜であって、矩形薄板状を呈している。アノード触媒層およびカソード触媒層は、各々、白金を担持したカーボン粒子を含んでいる。アノード触媒層およびカソード触媒層は、各々、矩形薄板状を呈している。アノード触媒層は電解質膜の下面に積層されている。カソード触媒層は電解質膜の上面に積層されている。
【００２８】
アノード多孔質層３１は、ガス拡散層である。アノード多孔質層３１は、焼結発泡金属製であって、矩形薄板状を呈している。アノード多孔質層３１は、ＭＥＡ３０の下面に積層されている。カソード多孔質層３２は、ガス拡散層である。カソード多孔質層３２は、焼結発泡金属製であって、矩形薄板状を呈している。カソード多孔質層３２は、ＭＥＡ３０の上面に積層されている。
【００２９】
（第一セパレータ４０Ｄ）
第一セパレータ４０Ｄは、ステンレス鋼製であって、矩形薄板状を呈している。第一セパレータ４０Ｄは、電極部材３の下面に積層されている。第一セパレータ４０Ｄは、上方から見て電極部材３と重なる領域に、凹凸部４００Ｄを有している。
【００３０】
（第二セパレータ４０Ｕ）
第二セパレータ４０Ｕは、ステンレス鋼製であって、矩形薄板状を呈している。第二セパレータ４０Ｕは、電極部材３の上面に積層されている。第二セパレータ４０Ｕは、上方から見て電極部材３と重なる領域に、凹凸部４００Ｕを有している。第二セパレータ４０Ｕは、本発明の「薄板」の概念に含まれる。第二セパレータ４０Ｕの下面が本発明の「第一面」、上面が本発明の「第二面」に、それぞれ対応している。
【００３１】
（シール部材５０）
シール部材５０は、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）をゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製である。該ソリッドゴムの架橋物は、本発明の「エラストマー」の概念に含まれる。シール部材５０は、本発明の「弾性部材」の概念に含まれる。シール部材５０は、矩形枠状を呈している。シール部材５０は、第二セパレータ４０Ｕの下側に配置されている第一シール部５００と、第二セパレータ４０Ｕの上側に配置されている第二シール部５０１と、第一シール部５００および第二シール部５０１に連続し、第二セパレータ４０Ｕの外周側面４０１Ｕを被覆する連結部５０２と、を有している。このように、シール部材５０は、第二セパレータ４０Ｕを外周側から挟むようにして配置されている。
【００３２】
第一シール部５００は、第一セパレータ４０Ｄと第二セパレータ４０Ｕとの間に介装されている。第一シール部５００の枠内には、電極部材３が収容されている。第一シール部５００は、第一セパレータ４０Ｄの上面の周縁部、第二セパレータ４０Ｕの下面の周縁部、および電極部材３の外周側面に接着されている。このようにして、第一シール部５００は、電極部材３を外部から封止している。第二シール部５０１は、第二セパレータ４０Ｕの上面の周縁部に接着されている。第二シール部５０１の上面には、リップ５０１ａが突設されている。リップ５０１ａは、燃料電池１を組み立てる際に、締結力により、積層方向に隣接する別のセルアセンブリ２の第一セパレータ４０Ｄに弾接する。これにより、環状のシールラインが形成される。
【００３３】
［燃料電池セルアセンブリの製造方法］
次に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法について説明する。本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法は、予備成形体配置工程と、薄板配置工程と、型締め工程と、架橋工程と、を有している。
【００３４】
（予備成形体配置工程）
図３に、射出成形に用いられる金型の型締め状態の上下方向断面図を示す。図３に示すように、金型６Ａは、上型６０と下型６１とを備えている。本工程においては、金型６Ａを用いて、シール部材５０の全体を形成するための予備成形体５０Ｆを射出成形し、予備成形体５０Ｆを下型６１内に配置する。まず、下型６１の凹部６１０の底面に、第一セパレータ４０Ｄを敷設する。次に、金型６Ａの型締めを行う。それから、ＥＰＤＭをゴム成分とするソリッドゴムの未架橋物（エラストマー材料）Ｇ１を、金型６Ａのキャビティ６２に注入する。なお、注入の際、エラストマー材料は、８０℃に加熱されている。その後、金型６Ａの型開きを行い、上型６０を取り外す。
【００３５】
図４に、射出成形後における下型の上下方向断面図を示す。図４に示すように、下型６１の凹部６１０には、第一セパレータ４０Ｄと予備成形体５０Ｆとが配置されている。予備成形体５０Ｆは、第一セパレータ４０Ｄの上面に枠状に配置されている。下型６１は、本発明の「第一金型」の概念に含まれる。
【００３６】
（薄板配置工程）
本工程においては、第一セパレータ４０Ｄと予備成形体５０Ｆとが配置されている下型６１内に、さらに第二セパレータ４０Ｕと電極部材３とを配置する。図５に、本工程における下型の上下方向断面図を示す。図５に示すように、まず、予備成形体５０Ｆの枠内に、電極部材３を配置する。次に、第二セパレータ４０Ｕを、予備成形体５０Ｆおよび電極部材の上面に積層する。これにより、予備成形体５０Ｆの一部は、第二セパレータ４０Ｕの周縁部により被覆される。すなわち、前工程で得られた予備成形体５０Ｆは、第二セパレータ４０Ｕに覆われる被覆部５００Ｆと、第二セパレータ４０Ｕに覆われない突出部５０１Ｆと、を有している。突出部５０１Ｆは、断面長方形の薄壁状を呈している。突出部５０１Ｆは、第二セパレータ４０Ｕの外周側面４０１Ｕに沿って上方（第二セパレータ４０Ｕの厚さ方向）に突出している。第二セパレータ４０Ｕは、突出部５０１Ｆの枠内に配置されている。被覆部５００Ｆは、本発明の「予備成形体の一部」の概念に含まれる。
【００３７】
（型締め工程）
本工程においては、部材が配置された下型６１に上型を重ねて型締めする。図６に、本工程における金型の型締め前の状態の上下方向断面図を示す。図７に、同金型の型締め状態の上下方向断面図を示す。図６、図７に示すように、本工程に使用する金型６Ｂは、上型６３と下型６１とを備えている。上型６３の下面（合わせ面）には、凹部６３０が凹設されている。凹部６３０の型面は、前出図２に示す第二シール部５０１の上面と型対称の形状を呈している。上型６３は、本発明の「第二金型」の概念に含まれる。
【００３８】
上型６３は、図６中、白抜き矢印で示すように、第二セパレータ４０Ｕの上方から下型６１に重ねられる。この際、突出部５０１Ｆは、上型６３に押圧されながら凹部６３０に収容される。凹部６３０の容積は、突出部５０１Ｆの体積と、略同じである。したがって、図７に示すように、型締め時に、突出部５０１Ｆは、凹部６３０に充填される。突出部５０１Ｆは、本発明の「予備成形体の他部」の概念に含まれる。
【００３９】
（架橋工程）
本工程においては、型締め後の金型６Ｂを１３０℃以上で加熱することにより、予備成形体５０Ｆを架橋させる（前出図７参照）。架橋により、予備成形体５０Ｆは、シール部材５０になり、電極部材３、第一セパレータ４０Ｄ、および第二セパレータ４０Ｕに接着される。このようにして、本実施形態のセルアセンブリ２は製造される。
【００４０】
［作用効果］
次に、本実施形態の燃料電池セルアセンブリの製造方法の作用効果について説明する。本実施形態のセルアセンブリ２の製造方法においては、一つの予備成形体５０Ｆから、第二セパレータ４０Ｕの厚さ方向両面に配置されるシール部材５０を成形することができる。このため、従来のように、第一シール部５００と第二シール部５０１とに相当する二つの予備成形体を、別々に成形する必要はない。したがって、製造工程を減らすことができ、金型などにかかるコストを削減することができる。また、別々に成形した予備成形体をセパレータを挟んで重ね合わせる際に行っていた金型の反転も必要もない。このため、予備成形体が脱落するという問題は生じない。また、作業効率が向上し、量産も可能になる。このように、本実施形態の製造方法によると、セルアセンブリ２を、容易かつ低コストに製造することができる。
【００４１】
本実施形態のセルアセンブリ２の製造方法においては、被覆部５００Ｆと突出部５０１Ｆとを有する予備成形体５０Ｆを成形した。突出部５０１Ｆは、型締め時に上型６３に押圧されて流動し、凹部６３０に充填される。このように、本実施形態のセルアセンブリ２の製造方法によると、型締めを利用して、第二セパレータ４０Ｕの上面側に、予備成形体５０Ｆを容易に配置することができる。
【００４２】
＜第二実施形態＞
本実施形態において、本発明の積層体の製造方法は、燃料電池用のシール部材付きセパレータの製造方法として具現化されている。
【００４３】
［シール部材付きセパレータの構成］
まず、本実施形態のシール部材付きセパレータの構成について説明する。図８に、本実施形態のシール部材付きセパレータの上下方向断面図を示す。図８に示すように、シール部材付きセパレータ４は、セパレータ４１と、シール部材５１と、を備えている。
【００４４】
セパレータ４１は、ステンレス鋼製であって、矩形薄板状を呈している。セパレータ４１は、本発明の「薄板」の概念に含まれる。セパレータ４１の下面が本発明の「第一面」、上面が本発明の「第二面」に、それぞれ対応している。
【００４５】
シール部材５１は、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）をゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製である。該ソリッドゴムの架橋物は、本発明の「エラストマー」の概念に含まれる。シール部材５１は、本発明の「弾性部材」の概念に含まれる。シール部材５１は、矩形枠状を呈している。シール部材５１は、セパレータ４１の下側に配置されている第一シール部５１０と、セパレータ４１の上側に配置されている第二シール部５１１と、第一シール部５１０および第二シール部５１１に連続し、セパレータ４１の外周側面を被覆する連結部５１２と、を有している。このように、シール部材５１は、セパレータ４１を外周側から挟むようにして配置されている。第一シール部５１０の下面には、リップ５１０ａが突設されている。第二シール部５１１の上面には、リップ５１１ａが突設されている。リップ５１０ａ、５１１ａは、燃料電池を組み立てる際に、締結力により、積層方向に隣接する別のセパレータに弾接する。これにより、環状のシールラインが形成される。
【００４６】
［シール部材付きセパレータの製造方法］
次に、本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法について説明する。以下の説明で使用する図面においては、シール部材付きセパレータ４における前方のシール部材５１の成形過程のみを示している。本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法は、予備成形体配置工程と、薄板配置工程と、型締め工程と、架橋工程と、を有している。
【００４７】
（予備成形体配置工程）
図９に、本工程における下型の上下方向断面図を示す。図９に示すように、下型６４の凹部６４０には、シール部材５１の全体を形成するための予備成形体５１Ｆが配置されている。予備成形体５１Ｆは、第一シール部５１０と略同じ形状を呈している被覆部５１０Ｆと、それ以外の貯留部５１１Ｆと、を有している。予備成形体５１Ｆは、ＥＰＭをゴム成分とするソリッドゴムの未架橋物（エラストマー材料）を射出成形して成形されている。下型６４は、本発明の「第一金型」の概念に含まれる。
【００４８】
（薄板配置工程）
本工程においては、下型６４に収容されている予備成形体５１Ｆの上面に、セパレータ４１を配置する。図１０に、本工程における下型の上下方向断面図を示す。図１０に示すように、セパレータ４１の前縁部が予備成形体５１Ｆの被覆部５１０Ｆと重なるように、セパレータ４１を予備成形体５１Ｆの上面に積層する。これにより、予備成形体５１Ｆの被覆部５１０Ｆは、セパレータ４１の周縁部により被覆される。被覆部５１０Ｆは、本発明の「予備成形体の一部」の概念に含まれる。
【００４９】
（型締め工程）
本工程においては、部材が配置された下型６４に上型を重ねて型締めする。図１１に、本工程における金型の型締め前の状態の上下方向断面図を示す。図１２に、同金型の型締め状態の上下方向断面図を示す。図１１、図１２に示すように、本工程に使用する金型６Ｃは、上型６５と下型６４とを備えている。上型６５の下面（合わせ面）には、凹部６５０が凹設されている。同じく上型６５の下面には、突起部６５１が突設されている。凹部６５０の型面は、前出図８に示す第二シール部５１１の上面と型対称の形状を呈している。突起部６５１は、直方体状を呈しており、凹部６５０の外側に隣接して配置されている。突起部６５１は、隣接する凹部６５０に連なるテーパ部６５１ａを有している。上型６５は、本発明の「第二金型」の概念に含まれる。
【００５０】
上型６５は、図１１中、白抜き矢印で示すように、セパレータ４１の上方から下型６４に重ねられる。この際、貯留部５１１Ｆは突起部６５１により押圧されて押し出され、テーパ部６５１ａに沿って凹部６５０に流入する。このようにして、図１２に示すように、型締め時に、貯留部５１１Ｆが凹部６５０に充填される。貯留部５１１Ｆは、本発明における「予備成形体の他部」の概念に含まれる。
【００５１】
（架橋工程）
本工程においては、型締め後の金型６Ｃを１３０℃以上で加熱することにより、予備成形体５１Ｆを架橋させる（前出図１２参照）。架橋により、予備成形体５１Ｆは、シール部材５１になり、セパレータ４１に接着される。このようにして、本実施形態のシール部材付きセパレータ４は製造される。
【００５２】
［作用効果］
次に、本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法の作用効果について説明する。本実施形態のシール部材付きセパレータ４の製造方法においては、一つの予備成形体５１Ｆから、セパレータ４１の厚さ方向両面に配置されるシール部材５１を成形することができる。このため、従来のように、第一シール部５１０と第二シール部５１１とに相当する二つの予備成形体を、別々に成形する必要はない。したがって、製造工程を減らすことができ、金型などにかかるコストを削減することができる。また、別々に成形した予備成形体をセパレータを挟んで重ね合わせる際に行っていた金型の反転も必要もない。このため、予備成形体が脱落するという問題は生じない。また、作業効率が向上し、量産が可能になる。このように、本実施形態の製造方法によると、シール部材付きセパレータ４を、容易かつ低コストに製造することができる。
【００５３】
本実施形態のシール部材付きセパレータ４の製造方法においては、被覆部５１０Ｆと貯留部５１１Ｆとを有する予備成形体５１Ｆを成形した。そして、型締め時に、貯留部５１１Ｆを上型６５の突起部６５１で押し出すことにより、上型６５の凹部６５０に充填させた。このように、本実施形態のシール部材付きセパレータ４の製造方法によると、型締めを利用して、セパレータ４１の上面側に、予備成形体５１Ｆを容易に配置することができる。また、突起部６５１の大きさを変更することにより、予備成形体５１Ｆの押し出し量を調整することができる。よって、セパレータ４１の上面に配置する予備成形体５１Ｆの量の調整が容易である。突起部６５１は、凹部６５０側にテーパ部６５１ａを有している。このため、貯留部５１１Ｆが凹部６５０側に流動しやすくなる。これにより、バリの発生を少なくし、シール部材５１の寸法精度を向上させることができる。
【００５４】
＜第三実施形態＞
本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法と、第二実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法と、の相違点は、シール部材の形状および上型の突起部の形状が異なる点、下型にバリ溜り部を配置した点である。ここでは、主に相違点について説明する。
【００５５】
［シール部材付きセパレータの構成］
まず、本実施形態のシール部材付きセパレータの構成について説明する。図１３に、本実施形態のシール部材付きセパレータの上下方向断面図を示す。図１３中、図８と対応する部材については、同じ符号で示す。図１３に示すように、シール部材付きセパレータ４は、セパレータ４１と、シール部材５２と、を備えている。
【００５６】
シール部材５２は、矩形枠状を呈している。シール部材５２は、セパレータ４１の下側に配置されている第一シール部５２０と、セパレータ４１の上側に配置されている第二シール部５２１と、第一シール部５２０および第二シール部５２１に連続し、セパレータ４１の外周側面を被覆する連結部５２２と、を有している。このように、シール部材５２は、セパレータ４１を外周側から挟むようにして配置されている。第二シール部５２１の上面には、リップ５２１ａが突設されている。リップ５２１ａは、燃料電池を組み立てる際に、締結力により、積層方向に隣接する別のシール部材付きセパレータ４の第一シール部５２０に弾接する。これにより、環状のシールラインが形成される。
【００５７】
［シール部材付きセパレータの製造方法］
次に、本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法について説明する。以下の説明で使用する図面においては、シール部材付きセパレータ４における前方のシール部材５２の成形過程のみを示している。本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法は、予備成形体配置工程と、薄板配置工程と、型締め工程と、架橋工程と、を有している。
【００５８】
（予備成形体配置工程）
図１４に、本工程における下型の上下方向断面図を示す。図１４に示すように、下型６６の凹部６６０には、シール部材５２の全体を形成するための予備成形体５２Ｆが配置されている。予備成形体５２Ｆは、第一シール部５２０と略同じ形状を呈している被覆部５２０Ｆと、それ以外の貯留部５２１Ｆと、を有している。予備成形体５２Ｆは、ＥＰＭをゴム成分とするソリッドゴムの未架橋物（エラストマー材料）を射出成形して成形されている。また、下型６６の上面には、凹部６６０から連続するバリ溜り部６６１が凹設されている。下型６６は、本発明の「第一金型」の概念に含まれる。
【００５９】
（薄板配置工程）
本工程においては、下型６６に収容されている予備成形体５２Ｆの上面に、セパレータ４１を配置する。図１５に、本工程における下型の上下方向断面図を示す。図１５に示すように、セパレータ４１の前縁部が予備成形体５２Ｆの被覆部５２０Ｆと重なるように、セパレータ４１を予備成形体５２Ｆの上面に積層する。これにより、予備成形体５２Ｆの被覆部５２０Ｆは、セパレータ４１の周縁部により被覆される。被覆部５２０Ｆは、本発明の「予備成形体の一部」の概念に含まれる。
【００６０】
（型締め工程）
本工程においては、部材が配置された下型６６に上型を重ねて型締めする。図１６に、本工程における金型の型締め前の状態の上下方向断面図を示す。図１７に、同金型の型締め状態の上下方向断面図を示す。図１６、図１７に示すように、本工程に使用する金型６Ｄは、上型６７と下型６６とを備えている。上型６７の下面（合わせ面）には、凹部６７０が凹設されている。同じく上型６７の下面には、突起部６７１が突設されている。凹部６７０の型面は、前出図１３に示す第二シール部５２１の上面と型対称の形状を呈している。突起部６７１は、直方体状を呈しており、凹部６７０の外側に隣接して配置されている。突起部６７１は、隣接する凹部６７０側に段差部６７１ａを有している。上型６７は、本発明の「第二金型」の概念に含まれる。
【００６１】
上型６７は、図１６中、白抜き矢印で示すように、セパレータ４１の上方から下型６６に重ねられる。この際、貯留部５２１Ｆは突起部６７１により押圧されて押し出され、段差部６７１ａに沿って凹部６７０に流入する。このようにして、図１７に示すように、型締め時に、貯留部５２１Ｆが凹部６７０に充填される。なお、突起部６７１により押し出された貯留部５２１Ｆのうち、凹部６７０の方向に流動しなかった分は、バリ溜り部６６１に流入する。貯留部５２１Ｆは、本発明における「予備成形体の他部」の概念に含まれる。
【００６２】
（架橋工程）
本工程においては、型締め後の金型６Ｄを１３０℃以上で加熱することにより、予備成形体５２Ｆを架橋させる（前出図１７参照）。架橋により、予備成形体５２Ｆは、シール部材５２になり、セパレータ４１に接着される。型開き後に、バリを除去することにより、本実施形態のシール部材付きセパレータ４は製造される。
【００６３】
［作用効果］
次に、本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法の作用効果について説明する。本実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法は、構成が共通する部分については、第二実施形態のシール部材付きセパレータの製造方法と、同様の作用効果を有する。本実施形態のシール部材付きセパレータ４の製造方法において、上型６７の突起部６７１は、凹部６７０側に段差部６７１ａを有している。このため、貯留部５２１Ｆが凹部６７０側に流動しやすくなる。また、下型６６には、バリ溜り部６６１が形成されている。このため、余剰の予備成形体５２Ｆ（貯留部５２１Ｆ）を、バリ溜り部６６１に排出することができる。これにより、他の部分におけるバリの発生を抑制すると共に、シール部材５２の寸法精度を向上させることができる。
【００６４】
＜その他＞
以上、本発明の積層体の製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００６５】
上記実施形態においては、本発明の積層体の製造方法を、燃料電池セルアセンブリの製造方法、およびシール部材付きセパレータの製造方法として具現化した。しかしながら、積層体は、燃料電池の構成部材に限定されるものではない。本発明の積層体の製造方法は、リチウムイオンバッテリーやキャパシタの構成部材など種々の用途に用いられる積層体の製造方法として、具現化することができる。特に、弾性部材が薄く微細な形状を有するものに好適である。
【００６６】
本発明の積層体の製造方法を、燃料電池セルアセンブリの製造方法として具現化する場合、燃料電池セルアセンブリを構成する各部材の材質、形状などは、第一実施形態に限定されるものではない。例えば、電極部材を構成するアノード多孔質層、カソード多孔質層の構造は、特に限定されない。第一実施形態のように、ガス拡散層のみの単層構造としてもよく、ガス拡散層およびガス流路層の二層構造としてもよい。
【００６７】
積層体を構成する薄板、弾性部材の材質、形状などは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、薄板の材質は、金属でも樹脂でもよい。また、薄板の形状は、凹凸部を有しない平板状でもよい。薄板と弾性部材との接着性を向上させるため、弾性部材が配置される薄板の第一面および第二面に、プライマーを塗布しておいてもよい。
【００６８】
上記実施形態においては、弾性部材を、ＥＰＤＭまたはＥＰＭをゴム成分とするソリッドゴムの架橋物製とした。しかし、弾性部材は、エラストマー製であればよく、エラストマーの種類は特に限定されない。エラストマーは、ゴム成分の他、架橋剤、架橋助剤、接着成分などを含んでいてもよい。燃料電池のシール部材として好適なゴム成分としては、ＥＰＤＭ、ＥＰＭの他、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）などが挙げられる。
【００６９】
上記実施形態においては、エラストマーの未架橋物を射出成形して予備成形体を製造した。しかし、予備成形体の製造方法としては、プレス成形などの他の成形方法を用いてもよい。また、第一実施形態のように、射出成形後の予備成形体を金型から取り出さずに次工程に供してもよく、射出成形後の予備成形体を一旦金型から取り出し、別の金型に配置して、次工程に供してもよい。
【００７０】
予備成形体の形状は、弾性部材の全体を形成することができれば、特に限定されない。予備成形体においては、薄板の第二面側への流動分として、第二金型の形状に応じて、第一実施形態のような突出部、あるいは第二、第三実施形態のような貯留部などを設ければよい。また、第二金型の突起部の形状も、特に限定されない。第二、第三実施形態のように、必ずしもテーパ部や段差部を有していなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の積層体の製造方法は、燃料電池の構成部材、リチウムイオンバッテリーやキャパシタの構成部材など、ガスや液体をシールするための積層体の製造方法として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１：燃料電池、１０ａ：空気供給部材、１０ｂ：空気排出部材、１１ａ：水素供給部材、１１ｂ：水素排出部材、１２ａ：冷却水供給部材、１２ｂ：冷却水排出部材、１３、１４：エンドプレート。
２：セルアセンブリ（積層体）、３：電極部材、３０：ＭＥＡ、３１：アノード多孔質層、３２：カソード多孔質層、４：シール部材付きセパレータ、４０Ｄ：第一セパレータ、４０Ｕ：第二セパレータ（薄板）、４００Ｄ、４００Ｕ：凹凸部、４０１Ｕ：外周側面、４１：セパレータ、５０、５１、５２：シール部材（弾性部材）、５０Ｆ、５１Ｆ、５２Ｆ：予備成形体、５００、５１０、５２０：第一シール部、５０１、５１１、５２１：第二シール部、５０２、５１２、５２２：連結部、５０１ａ、５１０ａ、５１１ａ、５２１ａ：リップ、５００Ｆ、５１０Ｆ、５２０Ｆ：被覆部、５０１Ｆ：突出部、５１１Ｆ、５２１Ｆ：貯留部。
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ：金型、６０、６３、６５、６７：上型、６１、６４、６６：下型、６２：キャビティ、６１０、６３０、６４０、６５０、６６０、６７０：凹部、６５１、６７１：突起部、６５１ａ：テーパ部、６６１：バリ溜り部、６７１ａ：段差部。
Ｇ１：エラストマー材料。
【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】
2015191780.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2015191780.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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