(57)【要約】【課題】セパレータ内に気泡残りを少なくするセパレータ成形装置を提供する。【解決手段】セパレータ４の材料である黒鉛と熱硬化性樹脂をポーラス材質の上型８と下型７によって加熱圧縮し、加熱圧縮時に上型８と下型７によって構成される成形部１０から成形部１０内のガス、または材料の一部を上型８と下型７を通して成形部１０から外部へ排出する吸引装置９を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セル間を分離するセパレータを加熱圧縮して成形するセパレータ成形装置において、
成形部に充填した塑性材料を加熱圧縮して前記セパレータを成形するポーラス材質の成形型と、
前記加熱圧縮時に前記成形部内の少なくともガスを前記ポーラス材質の成形型の空孔を介して吸引する吸引手段と、を備えたことを特徴とするセパレータ成形装置。
【請求項２】
前記成形部内に前記ポーラス材質の成形型の空孔を介してガスを噴出するガス噴出手段を備え、
前記加熱圧縮時に前記成形型付近に溜まった前記塑性材料を前記噴出ガスによって前記成形部内に拡散させることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ成形装置。
【請求項３】
燃料電池セル間を分離するセパレータを加熱圧縮して成形するセパレータ成形方法において、
成形部にに充填した可塑性材料をポーラス材質の成形型によって加熱圧縮し、
前記成形型の外部から前記成形部内の少なくともガスをポーラスな材質の成形型の空孔を介して吸引し、前記セパレータを成形するセパレータ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池のセパレータの成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池用のセパレータを成形する際にプリフォームと上型の間に残るガスを外部へ排出させる方法として、下型に乗せたプリフォームを上型によって延ばしながら成形することで、セパレータの形状となる上型の谷部に沿ってガスを抜くものが、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２２８１１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、上記の発明では、セパレータを加熱成形する際にセパレータ内部から発生する気泡を外部へ排出することが困難であり、成形されたセパレータの内部に気泡が残留する可能性がある。また、例えば、セパレータに黒鉛を用いた場合には、加熱成形する際に熱硬化性樹脂を混練し加熱成形するが、熱硬化性樹脂は粒子が小さいため混練物の下方に溜まり易い。そのため、加熱すると熱硬化性樹脂が金型表面、すなわちセパレータ表面に固まる可能性があり、更に気泡がセパレータ内部に残留する可能性がある。気泡がセパレータ内に残留すると、例えば燃料電池セルを積層した燃料電池において、反応ガスである水素、または空気がセパレータを通り抜け、他方のガス流路へリークしたり、導電性が低下するなど、ＮＧ品として排除せざるを得ないことがある。
【０００４】
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、セパレータを加熱成形する際に、セパレータ内部に気泡が混入するのを防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、燃料電池セル間を分離するセパレータの成形装置において、成形部に充填した塑性材料を加熱圧縮てセパレータを成形するポーラス材質の成形型と、セパレータの塑性材料を加熱圧縮する際に成形部の少なくともガスをポーラスな材質の成形型の空孔を通して成形部より吸引する吸引手段を備える。
【０００６】
また、燃料電池セル間を分離するセパレータの成形方法において、成形部に充填した塑性材料をポーラスな材質の成形型によって加熱圧縮し、成形型の外部より成形部内の少なくともガスをポーラスな材質の成形型の空孔から吸引し、セパレータを成形する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、成形部内のガスを成形型より外部へ排出するので、気泡残りの少ないセパレータを成形することができ、気泡残りによる燃料電池の反応ガスである水素、または空気が他のガス流路へリークしたり、導電性が低下して、ＮＧ品となるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態によって成形されたセパレータ４を使用した燃料電池の一部を図１の概略図を用いて説明する。燃料電池は燃料電池セル１を例えば１００から２００枚程度
積層し、積層した際に隣り合う燃料電池セル１間にセパレータ４を備える。
【０００９】
燃料電池セル１は、イオン導電性の高分子電解質膜２と、高分子電解質膜２の両側に、白金などの触媒を担持したガス拡散層３を備える。なお、触媒は高分子電解質膜２に塗布しても良い。
【００１０】
セパレータ４には、ガス拡散層３に燃料電池の発電に使用される水素、または空気を供給する水素流路５、空気流路６を備える。セパレータ４は、黒鉛と熱硬化性樹脂を混練した混練物を後述する成形装置によって加熱圧縮され、成形される。熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール、エポキシなどを使用する。
【００１１】
次に本発明の第１実施形態のセパレータ成形装置を図２を用いて説明する。
【００１２】
この実施形態は、ポーラスな材質の成形型である下型７と、下型７と同様にポーラスな材質で、下型７とによってセパレータ４を成形する成形型である上型８を備える。また、下型７と上型８を背面１１、または側面１２より吸引する吸引手段である吸引装置９を備える。
【００１３】
下型７と上型８は、例えば焼結材、または微細穴を加工されたポーラスな材質（気孔率：５〜２０％）でできており、ガスやセパレータ４の材料を通すことができる。下型７と上型８によって、セパレータ４を成形する成形部１０が構成される。混練物は下型７と上型８によって加熱圧縮され、成形部１０によって燃料電池で使用するセパレータ４の形状に成形される。
【００１４】
吸引装置９は、下型７と上型８をそれぞれ背面１１、側面１２を覆う吸引部１３を備える。吸引装置９を作動することで、成形部１０内のガス、または混練物の一部を下型７と上型８を介して吸引する。
【００１５】
次にこの実施形態のセパレータ成形方法について図３のフローチャートを用いて説明する。
【００１６】
まず、ステップＳ３０１では、セパレータ４の材料である黒鉛と熱硬化性樹脂を混練した混練物を下型７に投入する。なお、混練物は平板状、もしくはガス流路などの形状を備えた形状に加圧し予備成形を行う。
【００１７】
次にステップＳ３０２では、上型８を移動し、上型８と下型７により、混練物を加熱圧縮する。ここで熱硬化性樹脂は、溶融する温度（例えば、１００℃）まで加熱される。これにより混練物は成形部１０の形状に成形（予備成形）される。なお熱硬化性樹脂は溶融する際に気泡を発生する。
【００１８】
ステップＳ３０３では、吸引装置９を起動し、成形部１０から上型８、下型７を介して吸引する。これにより、成形部１０に残っていた空気と熱硬化性樹脂の溶融により発生した気泡が、下型７、または上型８を介して型外へ排出される。
【００１９】
ステップＳ３０４では、熱硬化性樹脂が硬化温度（例えば、１５０℃）に達すると、熱硬化性樹脂が硬化し、混練物は燃料電池で使用するセパレータ４の形状に成形（本成形）される。ステップＳ３０３、ステップＳ３０４で吸引装置９によって吸引を行いながら加熱することによって、成形部１０に残っていた空気と熱硬化性樹脂の溶融により発生した気泡に加え、下型７と上型８との接触面で硬化するセパレータ４の材料（主に熱硬化性樹脂）を型の外へ排出することができる。
【００２０】
ステップＳ３０５では、セパレータ４の成形後、セパレータ４を下型７または上型８から取り出した後に吸引装置９を停止する。ステップＳ３０４において熱硬化性樹脂が硬化した後も吸引装置９によって吸引することで、下型７または上型８の内部で硬化した熱硬化性樹脂を型の外へ排出することができる。
【００２１】
なお、セパレータ４の材料として黒鉛と熱硬化性樹脂を使用したが、熱硬化性樹脂の代わりに熱可塑性樹脂を用いても良い。熱可塑性樹脂を用いた場合には、熱可塑性樹脂を溶融させた後にステップＳ３０４で加熱する代わりに冷却し、セパレータ４を成形する。また成形後、ステップＳ３０５で下型７と上型８を再び加熱し、吸引装置９を起動することで、型の内部に残った熱可塑性樹脂を型の外へ確実に排出することができる。
【００２２】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００２３】
セパレータ４の材料である黒鉛と熱硬化性樹脂を加熱圧縮すると、熱硬化性樹脂が溶融する際に気泡が発生しするが、本発明を用いない場合には、この気泡を型の外へ排出するのが困難である。また、熱硬化性樹脂は下型７と上型８によって加熱されるので、熱硬化性樹脂は下型７と上型８との接触面から硬化する。下型７と上型８との接触面、つまりセパレータ４外側が硬化すると内部で発生した気泡をセパレータ外部へ排出することが更に困難になる。
【００２４】
また、セパレータ４の材料である熱硬化性樹脂は粒子が小さいために成形する際に下方へ溜まり易く、例えば、下型７との接触面に溜まっている可能性がある。その後、下型７によって加熱されると、下型７の接触面の熱硬化性樹脂が硬化し、成形後セパレータ４の表面に熱硬化性樹脂の膜ができる。熱硬化性樹脂は導電性が悪いためセパレータ４の表面に熱硬化性樹脂の膜ができると、燃料電池として積層したときに燃料電池セル間の導電性を妨げ、燃料電池の出力を低下させる可能性がある。また、加熱時に下型７との接触面で硬化するとセパレータ４内部で発生したガスがセパレータ４内部に更に溜まり易くなる。
【００２５】
本発明では、下型７と上型８にポーラスな材質を使用し、セパレータ４の材料である黒鉛と熱硬化性樹脂の混練物を加熱圧縮する際に吸引装置９によって下型７と上型８を吸引するので、成形部１０内の空気、および熱硬化性樹脂の溶融によって発生する気泡を外部へ排出することができる。そのため、成形後のセパレータ４内の気泡残りによる気密性の低下を防ぐことができ、燃料電池の反応ガスである水素や空気が他のガス流路へリークするのを防ぐことができる。また、気泡によるセパレータの導電性低下を防ぐことができる。更に、気泡によるセパレータ４の強度低下を防ぐことができる。
【００２６】
また、下型７または上型８との接触面に溜まった熱硬化性樹脂を成形部１０の外部へ排出することができ、熱硬化性樹脂が硬化し、成形後にセパレータ４の導電性を低下させることを防ぐことができる。また、熱硬化性樹脂のセパレータ４表面での硬化によるセパレータ４の反りを防止することができる。
【００２７】
次に本発明の第２実形態について図４を用いて説明する。
【００２８】
第２実施形態については図２と異なる部分を説明する。この実施形態では吸引装置９に加え、下型７の内部に空気などのガスを噴出するガス噴出手段である噴出装置１４を備える。その他の構成については第１実施形態と同じである。この構成によって、下型７との接触面に溜まった熱硬化性樹脂を、混練物内部へ拡散する。
【００２９】
噴出装置１４は下型７の背面１１、側面１２を覆う噴出部１５からポーラスな材質の下型７を介して成形部１０へガスを噴出する。ここで、ガスとして空気を使用する。
【００３０】
次にこの実施形態のセパレータ４成形方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３１】
ステップＳ５０１とステップＳ５０２は第１実施形態のステップＳ３０１とＳ３０２と同じであるので、ここでの説明は省略する。なお、予備成形を行った場合には、熱硬化性樹脂が溜まっている面と下型７が向かい合うように投入する。
【００３２】
ステップＳ５０３では、噴出装置１４を起動し、噴出部１５から下型７を介して成形部１０へガスを噴出する。これによって、下型７との接触面に溜まっている熱硬化性樹脂を混練物内部へ拡散することができる。
【００３３】
ステップＳ５０４では、噴出装置１４を停止し、吸引装置９を起動し、成形部１０を吸引する。これにより、成形部１０に残っていた空気と熱硬化性樹脂の溶融により発生した気泡が、上型８を介して型も外に排出される。
【００３４】
ステップＳ５０５では、熱硬化性樹脂が硬化温度（例えば、１５０℃）に達すると、熱硬化性樹脂が硬化し、混練物は燃料電池で使用するセパレータ４の形状に成形（本成形）される。ステップＳ５０４、ステップＳ５０５で吸引装置９によって吸引を行いながら加熱することによって、成形部１０に残っていた空気と熱硬化性樹脂の溶融により発生した気泡に加え、上型８との接触面で硬化するセパレータ４の材料（主に熱硬化性樹脂）を型の外へ排出することができ、気泡残りの少ないセパレータ４を成形することができる。
【００３５】
ステップＳ５０６では、セパレータ４の成形後、セパレータ４を下型７または上型８から取り出した後に吸引装置９を停止する。ステップＳ５０５において熱硬化性樹脂が硬化した後も吸引装置９によって吸引することで、上型８の内部で硬化した熱硬化性樹脂を型の外へ排出することができる。
【００３６】
なお、下型７にも吸引部５を備え、ステップＳ５０４で吸引装置９によって吸引する際に、下型７からも吸引を行っても良い。
【００３７】
本発明の第２実施形態の効果について説明する。この実施形態では第１実施形態の効果に加え、混練物を加熱する際に混練物内に溜まった熱硬化性樹脂を下型７表面で硬化しないように噴出装置１４で混練物内に拡散するので、セパレータ４の導電性を確保し、吸引装置９によって吸引される熱硬化性樹脂を少なくすることができるので、セパレータ４の強度を更に増すことができる。
【００３８】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
セパレータを使用する燃料電池に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明で成形したセパレータを使用する燃料電池の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態のセパレータ成形装置の概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態のセパレータ成形を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態のセパレータ成形装置の概略図である。
【図５】本発明の第２実施形態のセパレータ成形を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
４      セパレータ
７      下型
８      上型
９      吸引装置（吸引手段）
１０    成形部
１４    噴出装置（ガス噴出手段）
【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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