(57)【要約】【課題】  容易な成形を可能として生産性を上げつつ、かつ容易に安全に孔部分を切り離すことできる燃料電池用セパレータ部材の製造方法を提供する。【解決手段】  黒鉛粉と熱硬化性樹脂とを含有する燃料電池用セパレータ材料を、金型を用いて成形するにあたり、前記セパレータ部材の貫通孔部または貫通孔の切り離し部分の厚みをその貫通孔部周辺の厚みの１０％未満とすることを特徴とする燃料電池用セパレータ部材の製造方法に関する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粉と熱硬化性樹脂とを含有する燃料電池用セパレータ材料を、金型を用いて成形するにあたり、前記セパレータ部材の貫通孔部または貫通孔の切り離し部分の厚みをその貫通孔部周辺の厚みの１０％未満とすることを特徴とする燃料電池用セパレータ部材の製造方法。
【請求項２】
前記金型の貫通孔の切り離し部の突起に抜け勾配を設けるか、又は前記突起の先端にＲを持たせる請求項１記載の燃料電池用セパレータ部材の製造方法。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂が、不飽和ポリエステル樹脂及び／又はビニルエステル樹脂である請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛を含有する熱硬化性樹脂成形材料を用いて成形する固体高分子型燃料電池用セパレータ部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には固体電解質型燃料電池及び固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等いくつかの方式のものがあるが、その中で固体高分子型燃料電池は導電性に優れた燃料電池用セパレータとして熱硬化性樹脂と黒鉛化炭素からなる成形物が使用されている。      
これらのセパレータ部材の製造方法としては、主に金型を用いた加圧加熱成形や射出成形が挙げられる。
これらセパレータには水素や空気、発生した水の流路として貫通孔部を設ける必要がある。この貫通孔部の作成方法としては貫通孔部の切り離しを容易にするため、該形成部分の外周部厚みをセパレータ部材厚みの１０〜５０％とする製造方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
この方法の場合、好適にはノッチ部切り離し断面の形状をほぼ垂直とし、かつ先端部の断面形状を６０度以下、好適には３０度以下の鋭角とした場合、更に切り離しが容易になるとしている。
【０００３】
しかしながら金型を用いた成形の場合、通常は断面形状を垂直とすると成形品が抜けにくくなるため、抜け勾配と呼ばれる勾配を付ける。また、先端を鋭角とした場合は金型の損傷が発生しやすいため、通常は先端にＲを持たせる。
このような成形しやすい金型形状とした場合、貫通孔部の切り離し部をセパレータ部材厚みの１０〜５０％とすることでは切り離し時に容易には切り離せずに基材の割れ、破損を発生することがある。
特に不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂を含有する材料の場合、他の熱硬化性樹脂に比べて低温、速サイクルで成形できるという利点があるが切り離し時の割れ、破損が発生しやすい傾向にある。
【特許文献１】特開２００２−１３４１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、容易な成形を可能として生産性を上げつつ、かつ容易、安全に孔部分を切り離す方法を提供することをある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題について、鋭意検討した結果、セパレータ部材の貫通孔部または切り離し部の厚みを周辺の厚みの１０％未満にすれば容易に切り離すことができることを発見することにより、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、黒鉛粉と熱硬化性樹脂とを含有する燃料電池用セパレータ材料を、金型を用いて成形するにあたり、前記セパレータ部材の貫通孔部または貫通孔の切り離し部分の厚みをその貫通孔部周辺の厚みの１０％未満とすることを特徴とする燃料電池用セパレータ部材の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、セパレータ部材の貫通孔部または貫通孔の切り離し部分の厚みをその貫通孔部周辺の厚みの１０％未満とすることにより、容易な成形を可能としつつ、かつ容易に貫通孔部分を容易、安全に切り離すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
燃料電池用セパレータは、単位セルを複数積層して構成する燃料電池において、隣接する単位セル間に設けられ、電極との間で燃料ガス流路、酸化ガス流路を形成し、燃料ガスと酸化ガスとを隔てる作用を有するものであり、ガス流路用の溝及び貫通孔等が形成されている。
本発明の燃料電池用セパレータ部材の製造方法では、この燃料電池用セパレータの全部又は主要部となる部材を製造するものであり、黒鉛紛と熱硬化性樹脂とが所定の形状に成形、硬化されており、好ましくは溝加工が不要又は一部で済むように成形されている他、孔あけ加工が簡単、且つ、正確に行われるように成形されている。
本発明の燃料電池用セパレータ部材は、例えば、黒鉛紛と熱硬化性樹脂とを、重量比で９５：５〜６０：４０の割合で混合し、これをプリフォーム化したのち、プレス成形、硬化して製造する。
【０００８】
本発明に使用する黒鉛粉としては、高い導電性を示すものであれば制限はないが、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの粒子状、粉末状物を挙げることができる。粒子、粉末の形状に特に制限はなく、繊維状、粒子状、箔状、鱗片状、針状、球状、無定形のいずれであってもよい。また黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛も使用することができる。これらのうち、導電性を考慮すれば、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛が少量で高度の導電性を達成できる点で好ましい。
本発明に使用する熱硬化性樹脂としては、耐熱性で、混練可能な程度に低粘度である熱硬化性の樹脂であれば特に制限はなく、例えばフェノール樹脂、フルフリルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の樹脂を挙げることができる。これらのうち、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。これらの樹脂はスチレンモノマー等のモノマー成分で希釈し、更に場合によっては増粘剤を使用して増粘させ、有機過酸化物等の硬化剤を使用して硬化させる。このうちモノマー成分や増粘剤等は樹脂と反応するため、樹脂分としている。
【０００９】
また、離型剤等の添加剤を使用することができる。
黒鉛紛に熱硬化性樹脂及び添加剤を配合した組成物は、混練等により混合したのち、場合により増粘熟成させる。
黒鉛紛と熱硬化性樹脂との配合物の成形法には格別の制限はないが、金型を使用する各種プレス成形法又は射出成形法が有利である。例えば、金型による加熱、加圧型のプレス成形機や射出成形機などを使用して成形する。この際、金型温度は１００〜３５０℃、好ましくは１００〜１５０℃程度に保持することにより行うことがよい。温度は使用する熱硬化樹脂の硬化温度以上、炭化温度未満の条件とする。成形圧力は２０〜１０００Ｋｇ／ｃｍ2程度、好ましくは５０〜５００Ｋｇ／ｃｍ2程度が適当である。
【００１０】
本発明に使用する金型は、所定の燃料電池用セパレータ部材の形状を作成し得るものとし、貫通孔（通常は２〜８個）の周辺の厚みはセパレータの基準厚みとなるようにする。また、貫通孔部または貫通孔切り離し部の肉厚はセパレータ部材の厚みが２ｍｍ程度であるとき、その肉厚の１０％未満とする。３〜７％であることが切り離しが容易になるため好ましい。これは板厚に対して決まる値であり、基材の厚みが薄い場合には切り離し部等の厚みを薄くしないと切り離し時に基材の割れを生じることがある。
また、金型に設ける貫通孔切り離し部の突起には１〜３０度の抜け勾配を設けることが好ましい。又はこの突起の先端には０．０１から５ｍｍのＲを設けることが好ましい。このような、貫通孔切り離し部分の肉厚を薄くしたセパレータ部材部分であれば、貫通孔を設けるためこれを打ち抜き用のポンチ等で機械加工することが、極めて容易になり、しかも周辺部には割れ、欠け等のが発生しないという利点がある。
【００１１】
次に本発明を図面で説明する。
図１は、金型でセパレータ材料をプレス成形している状態を示す模式図、図２は金型から成形されたセパレータ部材を離型した状態を示す模式図、図３は金型切り離し部の突起部分の拡大図、図４は成形されたセパレータ部材に貫通孔を設ける状態を示す模式図である。なお、図１〜４ではいずれも貫通孔部分の断面を示している。
図１ではセパレータ材料１が、上下の金型２、３に挟まれて加熱、加圧されて成形される状態を示す。図２では、金型２、３と成形されたセパレータ部材８とが離型される状態を示す。成形されたセパレータ部材８は、所定の貫通孔位置に薄肉部４が設けられる。ここで、薄肉部４の最も肉厚の薄い部分は、薄ければ薄いほど好ましいが、貫通していてはならず、基部の厚みの１０％未満の厚みとする。また、切り離し部の形状は図示された形状に限らず、貫通部全部が肉厚の薄い部分となっていてもよい。図４では、離型されたセパレータ部材８から、切り離し部分６が切り離され、貫通孔９が形成された状態を示す。薄肉部４が形成されているため、簡単な打ち抜き加工等や場合よっては手で押すだけで切り離しができる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
黒鉛粉８０重量部にビニルエステル樹脂、硬化剤、増粘剤及び添加剤を合計２０重量部配合し、混合した。この混合物を常温の条件下で２４時間熟成し、増粘させた。
得られた材料を１ｃｍ程度の厚みの四角形形状にプリフォーム化し、図２に示すような金型２，３に入れ、型温１４０℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ２の条件で５分間成形し、脱型した。金型の貫通孔切り離し部の突起の形状は図３に示すような形状で、１０度の抜け勾配と先端の角には０．１ｍｍのＲを持たせている。得られたセパレータ部材８は、図５に示すような表面構造を有するものであり、貫通孔９の外周に対応する箇所の厚みは０．１ｍｍ、溝７の深さは０．３ｍｍ、セパレータ厚みは２．０ｍｍである。得られたセパレータ部材８は、貫通孔９に対応する部分を軽くたたくだけで容易に切り離しが出来、かつ基材に割れ、欠け等は発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】金型でセパレータ材料をプレス成形している状態を示す模式図
【図２】金型から成形されたセパレータ部材を離型した状態を示す模式図
【図３】金型切り離し部の突起を拡大した模式図
【図４】成形されたセパレータ部材に貫通孔を設ける状態を示す模式図
【図５】セパレータ部材の表面構造を示す平面図
【符号の説明】
【００１４】
１  セパレータ材料
２  金型（上型）
３  金型（下型）
４  薄肉部
５  金型切り離し部の突起
６  切り離し部分
７  セパレータの溝
８  セパレータ部材
９  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005093215.tif 000005
【図５】
2005093215.tif 000006