(57)【要約】【課題】  連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行うことなく、セパレータ全体の導電性の低下を防止する。【解決手段】  熱硬化性樹脂と黒鉛粉末とを所定の割合で混練した混合粉末材料１３を、下型９と上型１１とからなる予備成形型により、完成品の圧縮方向寸法より大きい寸法となるよう予備成形し、この予備成形した予備成形品１Ａを、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形して完成品を得る。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂および黒鉛粉末からなる混合粉末材料を所定形状に圧縮成形する燃料電池用セパレータの製造方法において、前記樹脂および黒鉛粉末を、予備成形型により完成品の圧縮方向寸法より大きい寸法となるよう予備成形し、この予備成形した予備成形品を、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形して完成品とすることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記予備成形工程と前記本成形工程との少なくとも一方の成形作業前に、成形品表面に接触する型表面に前記黒鉛粉末を供給することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記黒鉛粉末を水分を含有させて噴霧して型表面に付着させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法によって製造することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜を挟み込む一対の電極に接触する燃料電池用セパレータの製造方法および燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応ガスである水素含有ガスなどの燃料ガスと、空気などの酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギを、直接電気エネルギに変換する装置であり、エネルギ効率を他のエネルギ機関と比べて高くできること、資源の枯渇問題を有する化石燃料を使う必要がないので排出ガスを発生しないなどの優れた特徴を有している。
【０００３】
このような燃料電池は、電解質膜を一対の電極で挟み込み、この電極に接触して電極からの集電に用いるとともに、電極側にガス供給用のガス流路を、電極と反対側に冷却水流路をそれぞれ有するセパレータを備えている。なお、冷却水流路は設けないものもある。
【０００４】
このような燃料電池用セパレータとして、導電性を確保するためのカーボンと、成形性を維持して強度を確保するための熱硬化性樹脂とを混合した材料を、所定形状に加熱圧縮成形するものが、下記特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した燃料電池用セパレータを成形する際に、加熱された状態の成形型に材料を投入すると、型に触れた樹脂が内部の樹脂に先行して反応・硬化し、加圧が充分でない内にセパレータの表層が導電性の低い樹脂で覆われてしまい、セパレータ全体での導電性が低下するという問題がある。
【０００６】
また、成形型の加熱を材料の投入後に行うことにより、上記したセパレータ表層の樹脂膜形成を抑制することが可能であるが、この場合には、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行うための制御機構が必要となる上、成形時間が長くなることにより、製造コストの増大を招く。
【０００７】
そこで、本発明は、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行うことなく、セパレータ全体の導電性の低下を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、樹脂および黒鉛粉末からなる混合粉末材料を所定形状に圧縮成形する燃料電池用セパレータの製造方法において、前記樹脂および黒鉛粉末を、予備成形型により完成品の圧縮方向寸法より大きい寸法となるよう予備成形し、この予備成形した予備成形品を、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形して完成品とすることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、予備成形型により完成品の圧縮方向寸法より大きい寸法となるよう予備成形した後、この予備成形品を、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形するため、加熱を行わない予備成形時に黒鉛粉末と混合している樹脂材料は、表層に集まることなく、全体に分散した状態を確保でき、この状態で加熱圧縮成形することで、セパレータ全体の導電性の低下を防止することができる。
【００１０】
また、予備成形後に、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形するので、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行う必要がなく、したがってそのための制御機構が不要となる上、成形時間も短縮でき、製造コストの増大を防止することができる。
【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に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によって製造したセパレータ１を備えた燃料電池の断面図である。この燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜３を両側から一対の電極５で挟み、さらにその両側に前記したセパレータ１を配置する構造としており、これらで構成する単電池７を多数積層して燃料電池スタックとして使用する。
【００１３】
セパレータ１は、黒鉛を含む樹脂成形体であり、電極５側にガス供給用のガス流路１ａを、電極５と反対側に冷却水流路１ｂを、それぞれ備えている。一方のセパレータ１のガス流路１ａには、燃料となる水素を供給し、他方のセパレータ１のガス流路１ａには酸化剤となる空気を供給する。
【００１４】
このようなセパレータ１の製造方法の第１の実施形態について、図２，図３を用いて説明する。図２は予備成形工程を、図３は本成形工程をそれぞれ示す。
【００１５】
まず、図２に示すように、予備成形型を構成する下型９と上型１１とを用いて予備成形するが、このとき、下型９および上型１１の互いに対向する面には、前記図１に示したセパレータ１のガス流路１ａや冷却水流路１ｂを形成するための凸部９ａおよび１１ａを、それぞれ設けてある。また、下型９は、外周側に全周にわたり上型１１に向けて突出する側壁部９ｂを設けている。
【００１６】
そして、図２（ａ）に示すように、上記した下型９の側壁部９ｂの内側に、熱硬化性樹脂と黒鉛粉末とを所定の割合で混練した混合粉末材料１３を投入した後、図２（ｂ）に示すように、下型９と上型１１との間で混合粉末材料１３を圧縮して予備成形を行う。このとき、予備成形型の加熱は行わない。
【００１７】
上記した予備成形によって得た図２（ｃ）に示す予備成形品１Ａは、前記図１に示したセパレータ１のガス流路１ａや冷却水流路１ｂに対応する溝１Ａａや１Ａｂを有し、その各部における圧縮方向の厚さ寸法ｔ1が、後述する図３（ｃ）に示す完成品の同寸法ｔ2より大きくなっている。
【００１８】
なお、図２（ｃ）における上下寸法を図３（ｃ）における同寸法より大きくする部位は、図２（ｃ）にｔ1として示す部位だけでなく、他の溝１Ａａ，１Ａｂに対応する部位も同様である。
【００１９】
また、予備成形品１Ａの各部の上下寸法は、黒鉛粉末の長径部の２倍以上とする。
【００２０】
次に、上記した予備成形品１Ａを、図３に示すように、本成形型を構成する下型１５と上型１７とを用いて本成形を行う。この本成形型においても、下型１５および上型１７の互いに対向する面に、前記図１に示したセパレータ１のガス流路１ａや冷却水流路１ｂを形成するための凸部１５ａおよび１７ａを、それぞれ設けてある。また、下型１５は、外周側に全周にわたり上型１７に向けて突出する側壁部１５ｂを設けている。また、下型１５の下部には、ヒータ１９を設置して本成形型を加熱する。
【００２１】
本成形型を用いた本成形では、図３（ａ）に示すように、予備成形品１Ａを、ヒータ１９であらかじめ加熱してある下型１５にセットする。このとき、下型１５の凸部１５ａが予備成形品１Ａの溝１Ａｂに、上型１７の凸部１７ａが予備成形品１Ａの溝１Ａａに、それぞれ入り込む。
【００２２】
そして、図３（ｂ）に示すように、下型１５と上型１７との間で、加熱圧縮成形を行うことで、図３（ｃ）に示す完成品、すなわち燃料電池用セパレータ１を得る。
【００２３】
上記した実施形態によれば、予備成形時において予備成形型を加熱していないことから、下型９および上型１１に触れた樹脂が内部の樹脂に先行して反応・硬化することがなく、このため樹脂が、完成品（セパレータ１）の表層に集まることなく、全体に分散した状態を維持でき、この状態で加熱圧縮成形することで、セパレータ１全体の導電性の低下を防止することができる。
【００２４】
また、予備成形後に、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形するので、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行う必要がなく、したがってそのための制御機構が不要となる上、成形時間も短縮でき、製造コストの増大を防止することができる。
【００２５】
図４は、この発明の第２の実施形態に係わる燃料電池用セパレータの製造方法を示す。この実施形態は、図４（ａ）に示すように前記図２の予備成形工程、または、図４（ｂ）に示すように前記図３の本成形工程において、これら各成形作業前に、黒鉛粉末２１を、水分を含有させた状態で噴霧して型表面に付着させる。
【００２６】
そして、この状態で予備成形、または本成形を行うことで、予備成形品１Ａまたは完成品（セパレータ）１の表面に、黒鉛粉末２１が、第１の実施形態に比べて多く存在する状態となる。これにより、燃料電池用セパレータ１として、前記図１に示した電極５に接触する部位の黒鉛粉末２１が多量となることから、導電性がさらに向上する。
【００２７】
本発明によれば、前記予備成形工程と前記本成形工程との少なくとも一方の成形作業前に、成形品表面に接触する型表面に前記黒鉛粉末を供給することで、予備成形品または完成品の表面に、黒鉛粉末がより多く存在することになり、燃料電池用セパレータとして導電性がさらに向上する。
【００２８】
前記黒鉛粉末を水分を含有させて噴霧して型表面に付着させることで、黒鉛粉末を型表面に確実に供給することができる。
【００２９】
また、樹脂材料として熱硬化性樹脂を用いた燃料電池用セパレータの導電性低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によって製造したセパレータを備えた燃料電池の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池用セパレータの製造方法における予備成形工程図である。
【図３】図２の予備成形工程に続く本成形工程図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池用セパレータの製造方法を示す製造工程図で、（ａ）は図２の予備成形時に型表面に黒鉛粉末を供給する状態、（ｂ）は図３の本成形時に型表面に黒鉛粉末を供給する状態をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００３１】
１  セパレータ
９  下型（予備成形型）
１１  上型（予備成形型）
１５  下型（本成形型）
１７  上型（本成形型）
２１  黒鉛粉末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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