(57)【要約】  【課題】  エジェクタピンのない金型を用いる燃料電池セパレータの製造方法であって、生産性が高く、燃料電池セパレータを破損することがなく、しかも吸着装置と燃料電池セパレータとの吸着度が高いため効率よく該セパレータを取り出すことができる製造方法と、その製造方法を実施するための製造装置を提供する。  【解決手段】  多数の凹凸状のパターンを有する上金型と、該上金型に対応する多数の凹凸状のパターンを有する下金型と、下金型から燃料電池セパレータを遊離させる１又は２以上の気体吹出しノズルと、成形された燃料電池セパレータを取り出す吸着装置とを有する燃料電池セパレータの製造装置に於いて、該吸着装置がエラストマー材料からなる吸着面を有していることを特徴とする燃料電池セパレータの製造装置。  【選択図】    図１
2005285609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の凹凸状のパターンを有する上金型と、該上金型に対応する多数の凹凸状のパターンを有する下金型と、下金型から燃料電池セパレータを遊離させる１又は２以上の気体吹出しノズルと、成形された燃料電池セパレータを取り出す吸着装置とを有する燃料電池セパレータの製造装置に於いて、該吸着装置がエラストマー材料からなる吸着面を有していることを特徴とする燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項２】
上記吸着装置の吸着面が、曲げ弾性率１０〜１０００ＭＰａである請求項１又は２に記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項３】
上記吸着装置の吸着面が、基体上に接合された複数の気体吸引孔を有するシート層からなる請求項１又は２に記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項４】
上記吸着装置の吸着面が、ほぼ中央部に気体吸引孔を有し、且つ基体上に接合された複数の吸着部材からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項５】
上記吸着部材が、成型された燃料電池セパレータの凹凸状のパターン部位以外の平滑な面に接合する請求項４に記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項６】
上記吸着装置の吸着面が、フッ素ゴム、シリコーン、合成ゴム、天然ゴム、アクリルゴム、ポリ塩化ビニルエラストマー及びポリウレタンエラストマーから選ばれるエラストマーを素材としてなる請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項７】
上下の金型間に粉末状の原料又はプリプレグを入れて加圧・加熱して成型し、成型後に上下の金型を離し、下金型上の成形された燃料電池セパレータの周辺部に気体を吹き付けて該金型から燃料電池セパレータを部分的に又は全面的に遊離させ、該燃料電池セパレータに吸着装置のエラストマー材料からなる吸着面を当接し、燃料電池セパレータを吸着して取り出すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項８】
元圧１００〜１０００ｋＰａの圧縮気体を吹き付ける請求項７に記載の燃料電池セパレータの製造方法。
【請求項９】
吸着部材を３０〜１０１．３ｋＰａの負圧で吸引して燃料電池セパレータを吸着する請求項７又は８に記載の燃料電池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、燃料電池セパレータの製造装置及び製造方法に関し、特に、成型後に金型から取り外す際に、エジェクタピンを使用せず、燃料セパレータを破損することなく取り出すことができる製造装置と製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、一般にガス拡散電極からなるアノードとカソードとで電解質膜を挟み、さらにこれらの外側をセパレータで挟んでなる構造をしている。アノードに接するセパレータはアノードに水素ガスを供給し、カソードに接するセパレータはカソードに酸化剤ガスとしての酸素を供給する。
上記燃料電池セパレータは、水素ガスや酸素ガスを透過させないガス不浸透性、 導電性、面精度すなわち、高い厚み精度が要求され、それらの性能が優れることにより燃料電池の性能が向上する。
従来燃料電池セパレータの製造法は、カーボンの粉末と、液状や粉末状の合成樹脂とを混合して原料を作り、これをプレス機の金型内に投入してプレス機で加圧・加熱して成型し、下金型に成型されたセパレータを例えばエジェクタピンで押し上げで金型から離反させて取り出すことにより行われている。
しかし、かかるエジェクタピンを金型に設けることにより成型されたセパレータにその痕として０．２ｍｍ程度の段差部分が形成され、しかもエジェクタピンと金型との境目にバリが出来やすく、ガスの流路を塞いでしまうこともあり、さらに、エジェクタピンの分だけ下金型の剛性が低下するという問題もある。
【０００３】
そこで、エジェクタピンを用いずに燃料電池セパレータの成型後、該セパレータの周辺部に気体を吹き付けて金型から該セパレータを離反させ、次いで吸引装置により該セパレータを取り出すことにより、エジェクタピンによる問題を解決する燃料電池セパレータの製造法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、かかる製造法では、吸引装置がどの様な素材で、どの様な条件によって取り出すことができるのか明確に示されておらず、例えば該吸引装置の接合面が一般的に使用される金属や樹脂からなるものであると、それらの素材が剛直であるため穏やかに吸引装置を燃料電池セパレータに接合しても面にわずかなひずみがあっても該セパレータが割れてしまうという問題がある。また、かかる吸引装置の接合面が剛直であると、燃料電池セパレータとの密着度が低下するため、吸引して吸着度が低く効率が劣ることになる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４３７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、エジェクタピンのない金型を用いる燃料電池セパレータの製造方法であって、生産性が高く、燃料電池セパレータを破損することがなく、しかも吸着装置と燃料電池セパレータとの吸着度が高いため効率よく該セパレータを取り出すことができる製造方法と、その製造方法を実施するための製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、多数の凹凸状のパターンを有する上金型と、該上金型に対応する多数の凹凸状のパターンを有する下金型と、下金型から燃料電池セパレータを遊離させる１又は２以上の気体吹出しノズルと、成形された燃料電池セパレータを取り出す吸着装置とを有する燃料電池セパレータの製造装置に於いて、該吸着装置がエラストマー材料からなる吸着面を有していることを特徴とする燃料電池セパレータの製造装置に関する。
【０００７】
又、本発明は、上下の金型間に粉末状の原料又はプリプレグを入れて加圧・加熱して成型し、成型後に上下の金型を離し、下金型上の成形された燃料電池セパレータの周辺部に気体を吹き付けて該金型から燃料電池セパレータを部分的に又は全面的に遊離させ、該燃料電池セパレータに吸着装置のエラストマー材料からなる吸着面を当接し、燃料電池セパレータを吸着して取り出すことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、エジェクタピン痕が着かず、面精度の優れた燃料電池セパレータを得ることができ、しかも燃料電池セパレータを破損することなく、生産効率が高い燃料電池セパレータの製造装置及び製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を図面によって詳細に説明する。尚、本発明はかかる図面に限定されるものでない。
図１は本発明の燃料電池セパレータの製造装置の要部を示す図である。図１の装置は、プレス加工機に設置される上下金型、吸着装置及び気体吹き出しノズルを主体としている。
上金型１は、その下面に燃料電池セパレータの上面を形成する凹凸状の上金型パターン２が形成されている。一方の下金型３は、枠金型の部分も一体となり、上面には、燃料電池セパレータの下面を形成する凹凸状の下金型パターン４を有する。これら凹凸状のパターンは、ガスの通路や冷却流体の通路を主体とするものであり、上下金型の辺縁周囲が平面状となるように該金型の中央部に形成される。該パターン２，４は、それぞれ成型された燃料電池セパレータの各片面の中央部分について形成されている。尚、上金型１又は下金型３のいずれかのパターンが形成されていない金型、即ち一方の金型がフラットになっている金型を用いることもできる。この場合、成型された燃料電池セパレータは片面のみ凹凸状のパターンが形成されている。
【００１０】
本発明では、上下の金型１，３の他に、吸着装置５と、１又は２以上の気体吹き出しノズル８とが設けられている。吸着装置５は、図２に示す燃料電池セパレータ９の少なくとも２つの隅部１２の表面に吸着する吸着部材７を有している。かかる吸着部材７は好ましくは４個あり、吸着部材７の本体に接続され、その中央部に気体を吸引する孔１４が形成されている。かかる吸着部材７は、必ずしも燃料電池セパレータ９の隅部１２の表面に接合されなくてもよく、吸引した場合に歪みを生じなければ凹凸のパターン部位以外の該セパレータの平面部に接合することができる。しかし、取り出される燃料電池セパレータの歪みを少なくするためには、該吸着部材は、燃料電池セパレータ９の少なくとも２つ、好ましくは４つの隅部１２の表面に接合されるのが好ましい。
【００１１】
図２は図３に示す代表的な燃料電池セパレータ９の隅部１１の表面に吸着装置５の吸着部材７が吸引により吸着している状態図である。吸着部材７がその素材に基づく適度な曲げ強度を有していることにより燃料電池セパレータ９の隅部１１に効果的に吸着することができる。
【００１２】
本発明では、図５に示すように吸着装置５の吸着面がエラストマー材料からなるシート層１３であり、必ずしも該吸着面の隅部でなくともよいが、好ましくは該隅部に気体吸引孔１４を有する吸着装置５も使用することができる。尚、かかる吸着装置よりも、前記する吸着部材７を有する吸着装置５の方が燃料電池セパレータ９への吸着効率が高いことから好ましい。
【００１３】
吸着装置５の吸着面、即ち吸着部材７及びシート層１３が成型された燃料電池セパレータへの良好な吸着性を達成するためには、吸着部材７は好ましくは曲げ弾性率１０〜１０００ＭＰａ、より好ましくは曲げ弾性率１０〜５００ＭＰａである。
この吸着面の素材としては、特に限定されるものではないが、合成ゴム、天然ゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ポリ塩化ビニルエラストマー及びポリウレタンエラストマー等のエラストマーが挙げられる。更に好適には耐熱性の面からフッ素ゴム、シリコーンゴムが挙げられる。
【００１４】
吸着装置５はプレス装置等の固定された部分に支持され、図示していない駆動装置によって図１の左右方向と、上下方向とに移動できる。かかる吸着装置５の大きさは、下金型３の枠内に収まる必要がある。また、この吸着装置５の下面に設置されている吸着部材７及びシート層１３に形成された気体吸引孔１４が図示しない吸引ポンプ等に接続することで、吸着装置５はその下面に接触している燃料電池セパレータを吸着することができる。気体吹き出しノズル８は、下金型３の凹凸状のパターンの周辺部に圧縮空気等の圧力の加わった気体を吹き付けるものである。このノズル８も、駆動装置によって、図１の左右方向及び上下方向に移動可能である。気体吹き出しノズル８は、１つのみでも良いが、対向する位置に２つ設けるとか、四角のセパレータの各辺に１つづつ設けるとか、さらには、セパレータの全周に連続したノズルを設けることができる。
【００１５】
次いで、本発明の燃料電池セパレータの製造法について述べる。
まず、図１に於いて、吸引装置５を上下金型の間から移動させ、上金型１と下金型３との間を開き、下金型３上に燃料電池セパレータ９の原料を投入する。かかる原料としては、例えば、平均粒径１０〜１０００μｍの黒鉛に対し、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂を重量比で９５：５〜６０：４０の割合で混合し、造粒した燃料電池セパレータ用コンパウンドを使用することができる。また、かかるコンパウンドを予め予備成型したプリプレグも原料として使用することができる。
上記原料の充填後、上金型１を重ね、金型を温度１００〜３５０℃、成形圧力２〜１００ＭＰａで、５分程度保持し、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍ×３ｍｍの燃料電池セパレータ９を成型する。
そして、上金型１と下金型３とを離し、気体吹き出しノズル８を下金型３の縁部に移動し、下金型３上の燃料電池セパレータ９の周辺部に好ましくは元圧１００〜１０００ｋＰａの圧縮気体を吹き付ける。吹き付けられた気体は、下金型３と燃料電池セパレータ９との間の狭い隙間を通って下金型３に達し、燃料電池セパレータ９を下金型３から部分的に、好ましくは全面的に遊離させる。燃料電池セパレータ９は薄くて脆いものであるため、吹き付ける気体の圧力を調整して破損しないようにする。
この後、図１に示すように、吸着装置５を下金型３の上に移動し、燃料電池セパレータ９の上に吸着部材７を軽く接触させ、３０〜１０１．３ｋＰａの負圧で吸引して燃料電池セパレータ９に吸引させる。その際、燃料電池セパレータ９は下金型３から離れて吸着装置５の吸着部材７に吸い付く。この状態で吸着装置５を上昇させ、さらに該吸引装置を他の場所に移動し、吸引を止めて成型した燃料電池セパレータ９を収納する。
【実施例】
【００１６】
図１の装置を用いて燃料電池セパレータを製造した。
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時間熟成して増粘させた。
得られた材料を１ｃｍの厚みの四角形形状にプリフォーム化し、図１に示す金型（２００×２００ｍｍ）の中央にセットし、型温度１４０℃、圧力１０ＭＰａの条件下で５分間加圧した。
金型を開いた後、図１の８のノズルを用い、圧力５００ｋＰａにて成形品に対しエアーを吹き付けたところ成形品が浮き上がり、成形品が下型から離れた。この後、取り出し装置を用いて成形品を取り出した。
取り出しに用いた装置は、１９５×１９５ｍｍの吸着装置に直径１５ｍｍの吸着部材を４個付けた形状（図４参照）で、吸着剤には弾性率１００ＭＰａのフッ素ゴムの部材を用いた。この吸着部材に８５ｋＰａの負圧を作用させることにより、成形品を吸着させ、取り出した。
取り出し時には特に成形品の脱落等は発生せず、成形品にも割れ等の問題も発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の要部を示す模式図である。
【図２】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の吸引装置が成型した燃料電池セパレータを吸引した状態図である。
【図３】本発明で成型された燃料電池セパレータの一例を示す平面図である。
【図４】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の吸引装置の一例を示す平面図である。
【図５】本発明の燃料電池セパレータの製造装置の吸引装置の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    上金型
２    上金型パターン
３    下金型
４    上金型パターン
５    吸着装置
６    アーム
７    吸着部材
８    気体吹き出しノズル
９    燃料電池セパレータ
１０    凹部パターン
１１    開口部
１２    隅部
１３    シート層
１４    気体吸引孔
【図１】
2005285609.tif 000003
【図２】
2005285609.tif 000004
【図３】
2005285609.tif 000005
【図４】
2005285609.tif 000006
【図５】
2005285609.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月21日(2004.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
上記吸着装置の吸着面が、曲げ弾性率１０〜１０００ＭＰａである請求項１に記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明では、上下の金型１，３の他に、吸着装置５と、１又は２以上の気体吹き出しノズル８とが設けられている。吸着装置５は、図２に示す燃料電池セパレータ９の少なくとも２つの隅部１２の表面に吸着する吸着部材７を有している。かかる吸着部材７は好ましくは４個あり、吸着装置５の本体に接続され、その中央部に気体を吸引する孔１４が形成されている。かかる吸着部材７は、必ずしも燃料電池セパレータ９の隅部１２の表面に接合されなくてもよく、吸引した場合に歪みを生じなければ凹凸のパターン部位以外の該セパレータの平面部に接合することができる。しかし、取り出される燃料電池セパレータの歪みを少なくするためには、該吸着部材は、燃料電池セパレータ９の少なくとも２つ、好ましくは４つの隅部１２の表面に接合されるのが好ましい。