(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンと熱硬化性樹脂とにバインダを加え、混練し、成形することで平板状のプリフォームを製造するプリフォーム製造工程と、このプリフォームを所定の形状に圧縮成形すると共に硬化温度に加熱することでセパレータを製造するセパレータ製造工程とを経て製造する燃料電池用セパレータにおいて、
前記圧縮成形に用いる成形型は、長い直線流路の端からターン流路で折返しこのターン流路の端から次の直線流路を延ばしこの直線流路の端から次のターン流路を折返すごとくにつづら折り状に流路を形成するとともに各流路は筋状の複数の単位流路を集合することで構成したガス流路を成形するために、矩形の成形面の一隅から対角の他偶までつづら折り状に直線突条部及びターン突起部を備え、
前記プリフォームの長さを、前記直線突条部から外れない様に短くしておき、このプリフォームを前記成形型で圧縮して延ばす過程で、プリフォームに内包するガスを前記直線突条部に沿わせて排出することを特徴とする燃料電池用セパレータのガス抜き方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池用セパレータ製造法、特にプリフォームに内包するガスを抜く技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、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水を得る過程で電気を得ることができるというものである。一般に、水素に燃料ガスを当て、酸素に空気や酸化剤ガスを当てるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語も使用する。この様な燃料電池は、例えば特開２０００−１２３８４８「燃料電池」に示されており、同公報の図１において、電解質膜１８（符号は公報記載のものを使用する。以下同じ。）にアノード側電極２０及びカソード側電極２２を添わせ、これらをガスケット２４，２６を介して第１セパレータ１４と第２セパレータ１６で挟むことでセルモジュールを造る。
【０００３】
第１セパレータ１４の内側面１４ａに燃料ガス流路３８が形成され、第２セパレータ１６の内側面１６ａに酸化剤ガス流路４６が形成され、各々中央の電解質膜１８に燃料ガスと酸化剤ガスとを臨ませる構造になっており、図１に記載の１個のセルモジュールで得る電気出力はごく小さいので、この様なセルモジュールを多数個積層することで、所望の電気出力を得る。従って、セパレータ１４，１６は隣のセルに燃料ガスや酸化剤が移らぬようにする分離部材であることから「セパレータ」と呼ぶ。
【０００４】
セパレータは、内側面に燃料ガス流路又は酸化剤ガス流路を有するが、ガスを効果的にアノード側電極２０及びカソード側電極２２に接触させる必要がある。そのために、ガス流路３８，４６はごく浅い溝を多数本条設することになる。上記公報にはセパレータの具体的製造方法は記載さていないが、代表的な製造方法は以下の通りである。
【０００５】
実験室レベルであれば、樹脂板若しくは金属板からなる母材の面を機械切削することで溝を形成する。又、溝を開口したマスクを母材に載せ、その上からショットブラストを吹き付け、溝を形成する。しかし、製造コストが嵩み、実用的でない。そこで、量産が容易で製造コストを下げることのできる金型プレス法が期待される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
金型プレス法はカーボンと熱硬化性樹脂とにバインダを加え、混練し、成形することで平板状のプリフォームを製造するプリフォーム製造工程と、このプリフォームを所定の形状に圧縮成形すると共に硬化温度に加熱することでセパレータを製造するセパレータ製造工程とを経てセパレータを製造する方法である。
ところで、バインダはカーボンと熱硬化性樹脂とを一時的に結合しておく接着剤であり、硬化温度で加熱する過程で蒸発してセパレータから消失させるべきものである。
【０００７】
しかし、セパレータ製造工程を経たセパレータを、詳細に調べたところ気泡がセパレータに残留していることが判明した。この残留気泡は、特にガス流路に小さな「ふくれ」となって現われ、セパレータの品質を低下させる。
従って、本発明の目的は、セパレータに残留する気泡を効果的に減少させることのできる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の燃料電池用セパレータのガス抜き方法は、カーボンと熱硬化性樹脂とにバインダを加え、混練し、成形することで平板状のプリフォームを製造するプリフォーム製造工程と、このプリフォームを所定の形状に圧縮成形すると共に硬化温度に加熱することでセパレータを製造するセパレータ製造工程とを経て製造する燃料電池用セパレータにおいて、圧縮成形に用いる成形型は、長い直線流路の端からターン流路で折返しこのターン流路の端から次の直線流路を延ばしこの直線流路の端から次のターン流路を折返すごとくにつづら折り状に流路を形成するとともに各流路は筋状の複数の単位流路を集合することで構成したガス流路を成形するために、矩形の成形面の一隅から対角の他偶までつづら折り状に直線突条部及びターン突起部を備え、プリフォームの長さを、直線突条部から外れない様に短くしておき、このプリフォームを成形型で圧縮して延ばす過程で、プリフォームに内包するガスを直線突条部に沿わせて排出することを特徴とする。
【０００９】
表面近傍に内包するガスは、平坦な成形面で押すとその位置に留り排出させることは困難である。この点、直線突条部を押し付ければガスはこの直線突条部の突条により外に押出され、且つ直線部により案内することにより、プリフォーム内から成形型外まで円滑に排出することができる。従って、プリフォームを成形型で圧縮して延ばす過程で、プリフォームに内包するガスを直線突条部に沿わせて排出することで、残留気泡の少ないプリフォームを得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータの製造フロー図である。ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：所定の配合割合でカーボン粉末と熱硬化性樹脂粉末をブレンドし、適量のバインダを加えて、混練する。
ＳＴ０２：混練したものを次の要領で成形することで、プリフォームを造る。
【００１３】
図２は本発明に係るプリフォーム成形型の原理図であり、プリフォーム成形下型１１の成形面１２に混練物１４を所定量載せる。そして、成形面１６が平坦なプリフォーム成形上型１７を白抜き矢印のごとく下げて、混練物１４を加圧成形する。
図３は本発明に係るプリフォーム成形型の作用図であり、プリフォーム成形下型１１とプリフォーム成形上型１７とにより、所望の形状のプリフォーム２０を得ることができたことを示す。
【００１４】
図１に戻る。
ＳＴ０３：圧縮成形を実施する。この具体例を図４〜図８で説明する。
ＳＴ０４：ＳＴ０３に引続いて若しくは同時に、熱硬化性樹脂の硬化温度まで加熱することにより硬化処理を施す。
これで、所望のセパレータを得ることができる。
【００１５】
ＳＴ０３の詳細を以下説明する。
図４は本発明に係るセパレータ成形型の横断面図であり、受け面３１が平坦であるとともにヒータ３２を備えた下型３３にプリフォーム２０を載せ、直線突条部３４及びヒータ３５を備える上型３６を白抜き矢印の様に型合せすることで、加熱しながら所望の形状にプレス成形を実施する。
【００１６】
図５は本発明に係るセパレータ成形型の長手断面図であり、上型３６には十分に長い直線突条部３４に加えてターン突起部３７・・・を備える。そして、下型３３に載せるプリフォームは、長さがＬ１であって比較的短くて厚みのあるプリフォーム２０Ａ（図６でも説明する。）又は、これより長い長さＬ２であって薄いプリフォーム２０Ｂ（図６でも説明する。）を載せ、想像線で示す長くて薄いセパレータ４０になるように延ばす。
【００１７】
図６は図５の６矢視図であり、圧縮成形に用いる上型３６は、セパレータ（図５の符号４０）に長い直線流路の端からターン流路で折返しこのターン流路の端から次の直線流路を延ばしこの直線流路の端から次のターン流路を折返すごとくにつづら折り状に流路を形成するとともに各流路は筋状の複数の単位流路を集合することで構成したガス流路を成形するために、矩形の成形面４２の一隅４３から対角の他偶４４までつづら折り状に直線突条部３４・・・及びターン突起部３７・・・を備える。
【００１８】
図７（ａ）は図６の７ａ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
（ｂ）に示す通り、直線突条部３４・・・は鋸歯状の突起であり、これで筋目状のガス流路をプレス成形することができる。直線突条部３４，３４間は谷４５となる。
（ａ）に示す通り、直線突条部３４・・・の一端にターン突起部３７・・・が繋がり、これのターン突起部３７・・・の端に次の直線突条部３４・・・が繋がっていることを示す。
【００１９】
図８は本発明に係るガス抜き方法の説明図であり、下型３３に載せたプリフォーム２０に向って直線突条部３４・・・などを備えた上型３６を移動する。すると先ず、直線突条部３４，３４がプリフォーム２０の上面に進入する。これに伴なって、プリフォーム２０に残存していたガスが矢印▲１▼・・・のごとく絞り出されて谷４５，４５に至る。谷４５，４５は長い直線突条部３４に沿っているため、ガスは矢印▲２▼，▲２▼のごとく谷４５，４５に沿って上型３６の一端から出る。
【００２０】
図６に戻って、Ｌ１は図５に示したプリフォーム２０Ａの長さであり、この長さＬ１はターン突起部３７，３７より内側に設定した比較的短いものであり、長さがＬ１のプリフォーム（図５の符号２０Ａ）を、この上型３６で成形面４２の大きさまで延ばすが、残留ガスはプリフォームの延びと共に、直線突条部３４・・・に沿って図面左右へ排出できる。なお、この延ばし工程でプリフォームの端部がターン突起部３７，３７に掛ったときには、プリフォームの弾力性及び流動性により、見掛け上ターン突起部３７，３７を潜り抜けるため、ターン突起部３７，３７の存在により延ばし作用が阻害される心配はない。
【００２１】
又、図６においてＬ２は図５に示したプリフォーム２０Ｂの長さであり、この長さＬ２はターン突起部３７，３７に一部掛るものの全体としては直線突条部３４・・・から外れない長さに設定したものである。長さがＬ２のプリフォーム（図５の符号２０Ｂ）を、この上型３６で成形面４２の大きさまで延ばすが、残留ガスはプリフォームの延びと共に、直線突条部３４・・・に沿って図面左右へ排出できる。
【００２２】
長さＬ１を採用すれば、プリフォームの延ばし量が大きいため、より長い時間プリフォームを上型で押圧することができ、十分なガス抜きが期待できる。
又、長さＬ２は延性の乏しいプリフォームに適用できる。延性が乏しいものは延ばし量を抑える必要があるからである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、プリフォームに成形型の直線突条部を押し付けることで、ガスを直線突条部の突条により外に押出し、且つ直線部により案内することにより、プリフォーム内から成形型外まで円滑に排出することができる。従って、プリフォームを成形型で圧縮して延ばす過程で、プリフォームに内包するガスを直線突条部に沿わせて排出することで、残留気泡の少ないプリフォームを得ることができ、プリフォームの品質向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータの製造フロー図
【図２】本発明に係るプリフォーム成形型の原理図
【図３】本発明に係るプリフォーム成形型の作用図
【図４】本発明に係るセパレータ成形型の横断面図
【図５】本発明に係るセパレータ成形型の長手断面図
【図６】図５の６矢視図
【図７】（ａ）は図６の７ａ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図
【図８】本発明に係るガス抜き方法の説明図
【符号の説明】
２０，２０Ａ，２０Ｂ…プリフォーム、３３…成形型（下型）、３４…直線突条部、３６…成形型（上型）、３７…ターン突起部、４２…成形面、４３…成形面の一隅、４４…成形面の他隅、Ｌ１…ターン突起部に掛らぬ長さ、Ｌ２…直線突条部から外れぬ長さ。
【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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