(57)【要約】【課題】  樹脂リッチ部を生じさせることなく本来必要とする方向の導電性を充分に確保することができると共に、簡単な方法で製造し得る燃料電池セル用セパレータの製造方法を提供する。【解決手段】  黒鉛５と樹脂６の混合粉末を金型内に充填した後、この混合粉末上に、予め成形した黒鉛プレート３を載せる。そして、金型を上パンチ１１で閉じ、金型全体を加熱し圧縮成形する。これにより、セパレータ同士が積層される積層部に黒鉛リッチ部が形成され、良好な導電性を確保でき、且つセパレータ自体の強度も充分に確保することができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池単セルを構成する燃料電池セル用セパレータにおいて、
黒鉛と樹脂の混合粉末を加熱し圧縮成形してなる母材の少なくとも一方の面に、黒鉛基材が設けられ一体化されてなる
ことを特徴とする燃料電池セル用セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池セル用セパレータであって、
前記黒鉛基材が微細な空隙部を有したポーラス構造である
ことを特徴とする燃料電池セル用セパレータ。
【請求項３】
黒鉛と樹脂の混合粉末を金型内に充填する工程と、
前記混合粉末上に、予め成形した黒鉛基材を載せる工程と、
前記金型をパンチで閉じ、金型全体を加熱し圧縮成形する工程とを備えた
ことを特徴とする燃料電池セル用セパレータの製造方法。
【請求項４】
黒鉛と樹脂の混合粉末を金型内に充填する工程と、
パンチの先端に黒鉛基材を設ける工程と、
前記金型を前記パンチで閉じ、金型全体を加熱し圧縮成形して前記黒鉛基材と前記混合粉末よりなる母材とを一体化させる工程とを備えた
ことを特徴とする燃料電池セル用セパレータの製造方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の燃料電池セル用セパレータの製造方法であって、
前記黒鉛基材が微細な空隙部を有したポーラス構造である
ことを特徴とする燃料電池セル用セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル用セパレータ及びその製造方法に関し、詳細には、表層部に黒鉛を多く設けてセパレータ同士を積層させたときに良好な導電性を確保し得ることのできる燃料電池セル用セパレータ及びその製造方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
燃料電池単セルを構成する部材のうち燃料電池セル用セパレータは、主として電解質膜を挟んでその両側に設けられた電極から電気を取り出す役目をすることから、出来る限り導電性に優れていることが要求される。
【０００３】
かかる燃料電池セル用セパレータは、例えば金型内に黒鉛と樹脂の混合粉末を充填した後、パンチによって型締めして加熱圧縮成形することで形成される。成形によって形成された燃料電池セル用セパレータは、黒鉛粉末の結晶配向の向きによってはその導電性の善し悪しに影響が出るため、導電性を良好なものとするための工夫がなされている。
【０００４】
その一つとして、例えば、金型内に充填した混合粉末を複数の方向から圧縮成形することで、黒鉛粉末の結晶配向をランダムとし、特定の方向の固有抵抗が高くなることを抑制し導電性の向上を図った製造方法が開示されている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００５】
この他、成形型内に３次元網目状金属構造体を配置した後、カーボン粒子を含んだ樹脂材料を充填し型締めをして加熱圧縮成形することで形成する製造方法が開示されている（例えば、特許文献２など参照）。この３次元網目状金属構造の空隙部にカーボン粒子を入り込ませることによって、樹脂リッチ部分が出来てしまうことを防止し、導電性の向上を図っている。
【特許文献１】特開平８−１８０８９２号公報（第２頁〜第４頁、第３図〜第５図）
【特許文献２】特開２０００−６７８８２号公報（第２頁および第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、複数方向から加圧成形するため、成形型構造が複雑となり、金型コストが増大する他、製造プロセスが複雑化する。また、この方法では、黒鉛粉末の結晶配向方向はランダムな方向となり、特定方向に固有抵抗が高いといった不具合は防止されるが、本来必要とする方向の導電性が不十分であり、必ずしも効率の良い構成ではない。さらに、黒鉛粉末の結晶配向が不揃いであるため、複数のセパレータを積層して組み付ける際、強度的に充分ではない。
【０００７】
一方、特許文献２に記載の方法では、３次元網目状金属構造体を使用しているので、水素と酸素による発電時に生じる水や冷却水による腐食、電気的な腐食などにより、本来有すべきセパレータ機能を悪化させてしまい、最悪の場合は発電機能を著しく悪化させてしまうことが考えられる。また、加熱圧縮成形時に溶けやすい樹脂材料が３次元網目状構造の空隙部に入り易くなり、部分的に樹脂リッチ部を生じてしまい、必ずしも充分な導電性が確保されない。
【０００８】
そこで、本発明は、樹脂リッチ部を生じさせることなく本来必要とする方向の導電性を充分に確保することができると共に、簡単な方法で製造し得る燃料電池セル用セパレータおよびその製造方法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】
【０００９】
本発明の燃料電池セル用セパレータは、黒鉛と樹脂の混合粉末を加熱し圧縮成形してなる母材の少なくとも一方の面に、黒鉛基材を一体化している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池セル用セパレータによれば、セパレータ同士を積層する積層面に黒鉛基材が設けられるので、セパレータを積層したときに、この黒鉛基材による黒鉛リッチ部によって良好な導電性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
［燃料電池セル用セパレータの構成］
先ず、本発明を適用した燃料電池セル用セパレータについて説明する。図１は燃料電池セル用セパレータの断面図、図２は燃料電池セル用セパレータの要部拡大断面図である。
【００１３】
燃料電池セル用セパレータ１は、図１に示すように、黒鉛と樹脂の混合粉末を加熱し圧縮成形してなる母材２と、この母材２の一主面２ａに一体化された黒鉛からなる黒鉛基材３とにより構成されている。かかる燃料電池セル用セパレータ１は、電解質膜と、この電解質膜の両側に設けられる酸化剤電極（酸素極）および燃料電極（水素極）とにより構成される燃料電池単セルの構成部品であり、主として酸化剤または燃料ガスを供給する役目と、発生した電気を集電する役目をする。
【００１４】
母材２は、黒鉛粉末と熱硬化性フェノール樹脂との混合粉末を金型内に充填して加熱し圧縮成形することにより形成される。この母材２の一面２ａには、例えば酸素などの酸化剤を電極に供給するための酸化剤流路、または、水素などの燃料ガスを電極に供給するための燃料ガス流路を形成するための流路４が形成されている。
【００１５】
黒鉛基材３は、黒鉛から形成された黒鉛プレート（板状体）として形成されている。この黒鉛基材３は、母材２とは異なり樹脂を含まない黒鉛のみからなり、母材２の他面２ｂに設けられ当該母材２と一体化されている。
【００１６】
これら母材２と黒鉛基材３とは、金型内に黒鉛と樹脂の混合粉末を充填し、その混合粉末上に予め成形した黒鉛基材３を載せ、金型をパンチで閉じて金型全体を加熱し圧縮成形することによって形成される。この製造方法については、後で詳細に説明するものとする。
【００１７】
前記黒鉛基材３として、例えば微細な空隙部を有したポーラス構造のものを使用した場合には、図２に示すように、母材２を構成する黒鉛５と樹脂６のうち、樹脂６が黒鉛基材３に形成された空隙部に入り込む。この空隙部に樹脂６が吸収されることで、燃料電池セル用セパレータ１の表面に樹脂リッチ部が形成されるのが防止される。
【００１８】
その結果、燃料電池セル用セパレータ１の表面に樹脂リッチ部が存在しないことから、セパレータ同士を積層したときの導電性が向上すると共に、充分な機械的強度を確保することができる。また、黒鉛基材３の空隙部に樹脂６が染み込むことで、アンカー効果により母材２と黒鉛基材３の接合強度が強くなり、セパレータ自体の機械的強度も充分に確保される。また、母材２と黒鉛基材３を接合するための接着剤が不要であることから、製造工程の削減が図れると共に低コストで燃料電池セル用セパレータ１を製造することができる。
【００１９】
［燃料電池セル用セパレータの製造方法］
次に、前記した燃料電池セル用セパレータの製造方法について説明する。図３は燃料電池セル用セパレータを製造する工程を順次示す製造工程図である。
【００２０】
先ず、図３（ａ）に示すように、下パンチ７、ダイ８，９からなる金型内に、黒鉛５と樹脂６を混合した混合粉末を所定量充填（投入）する。下パンチ７には、酸化剤流路または燃料ガス流路である流路４をセパレータに形成するための突条部１０が形成されている。黒鉛５には、カーボン粉を使用する。樹脂６には、例えば熱硬化性フェノール樹脂を使用する。
【００２１】
次に、図３（ｂ）に示すように、黒鉛プレートである黒鉛基材３を、金型内に充填した混合粉末上に載せる。黒鉛基材３は、この載置工程で混合粉末の上に載置する前に、予め所定形状として形成しておく。ここでは、黒鉛基材３として微細な空隙部を有したポーラス構造の黒鉛プレートを使用する。もちろん、ポーラス構造でない黒鉛プレートであってもよく、或いは黒鉛シートを使用してもよい。
【００２２】
次いで、図３（ｃ）に示すように、黒鉛基材３の上から上パンチ１１によって金型を閉じる。そして、図３（ｄ）に示すように、金型全体を加熱しながら下パンチ７および上パンチ１１を互いに向き合う方向に圧力Ｐを加えて圧縮成形する。
【００２３】
この圧縮成形工程において、加熱によって樹脂である熱硬化性フェノール樹脂が溶けることで、母材２と黒鉛基材３とが接合される。また、溶け出した樹脂６は、黒鉛基材３の空隙部に入り込む。黒鉛基材３と母材２との境界部において、黒鉛基材３の空隙に樹脂６が侵入することで、この樹脂６がアンカー効果として機能し、母材２と黒鉛基材３との接合強度が大幅に向上する。
【００２４】
そして、所定時間圧縮成形した後、金型を開いて母材２と黒鉛基材３とが一体化された燃料電池セル用セパレータを取り出す。このようにして製造された燃料電池セル用セパレータ１では、セパレータ同士の積層面となる積層部が黒鉛リッチ部である黒鉛基材３とされているため、良好な導電性を確保することができる。
【００２５】
従来は、充分な導電性を確保するために、黒鉛５と樹脂６の混合粉末を金型内に投入する量を部位により偏りが生じないように投入管理を厳密に行っており、加熱圧縮成形時に樹脂６の溶け出し方や黒鉛５の移動などにより、必ずしも均質な導電性を有するセパレータとならないことがあった。特に、母材２の表層部は、加熱が早いために樹脂６が早く溶け出すと共に硬化も早くなる。このため、母材２の表層部で樹脂リッチとなり易く、導電性が悪化する課題があった。
【００２６】
しかしながら、本発明では、母材２の表層部に黒鉛基材３を設けることで、表層部の導電性を大幅に向上させることができると共に、ランダムに黒鉛結晶が配列されることを防止できる。特に、ポーラス構造の黒鉛基材３を使用した場合には、従来樹脂リッチの原因となっていた早期に溶け出した樹脂を黒鉛基材３の空隙部に吸収させることによって、樹脂リッチ部の発生を回避させることができると共に充分なセパレータ強度を確保することができる。
【００２７】
これにより、複雑な製造工程や手間をかけることなく、容易に安定した品質である燃料電池セル用セパレータ１を安価に得ることができる。また、黒鉛基材３を母材２上に載置させることから、黒鉛５と樹脂６の混合粉末を成形時に金型内に投入する量の管理を容易にできる。
【００２８】
［その他の実施例］
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００２９】
上記した実施の形態では、黒鉛基材３として板状体をなす黒鉛プレートを使用したが、容易に曲げることが可能なシート状のものを用いても同様の効果がある。または、黒鉛５と樹脂６とを混合した混合粉末よりも黒鉛の含有比率が大きい母材２を使用し、黒鉛プレートを省略してもよい。
【００３０】
また、上記した実施の形態では、樹脂６として熱硬化性フェノール樹脂を使用したが、熱可塑性を含むその他の樹脂を使用しても構わない。
【００３１】
また、上述の実施の形態では、金型内に充填した黒鉛５と樹脂６の混合粉末上に、予め形成した黒鉛基材３を載せたが、図４に示すように、上パンチ１１の先端面１１ａに黒鉛を塗布して形成される黒鉛基材１２または黒鉛からなるシートを設け、この上パンチ１１によって金型を閉じ、金型全体を加熱し圧縮成形するようにしても同様の効果が得られる。
【００３２】
かかる場合は、加熱圧縮成形によって母材２の樹脂６が溶け出して黒鉛基材１２に接合されるから、成形後は上パンチ１１から黒鉛基材１２が容易に剥がれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】燃料電池セル用セパレータの断面図である。
【図２】燃料電池セル用セパレータの要部拡大断面図である。
【図３】燃料電池セル用セパレータを製造する工程を順次示す製造工程図である。
【図４】黒鉛を塗布して形成した黒鉛基材を先端面に有した上パンチによって金型を閉じる例を示す型締め工程図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…燃料電池セル用セパレータ
２…母材
３，１２…黒鉛基材
４…流路
５…黒鉛
６…樹脂
７…下パンチ
８，９…ダイ
１１…上パンチ
【図１】
2005158602.tif 000003
【図２】
2005158602.tif 000004
【図３】
2005158602.tif 000005
【図４】
2005158602.tif 000006