(57)【要約】      （修正有）【課題】セパレータ製造に用いられる黒鉛粉末に熱硬化性樹脂系のバインダを混合させた粉体状材料を、金型充填前に予備加熱を行うことによって、材料昇温時間の短縮による生産性の向上を図る。【解決手段】燃料電池セパレータの製造装置は、金型１０を用いて粉体状材料１００を圧縮成形することで燃料電池セパレータを製造する装置である。燃料電池セパレータの製造装置は、前記粉体状材料１００を前記金型１０のキャビティ５０に供給する材料供給装置６０を備え、前記材料供給装置６０に、前記粉体状材料１００を予備加熱する加熱ヒータ７１，７２を設けてある。【選択図】図４
2007287562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで燃料電池セパレータを製造する製造装置であって、
前記粉体状材料を前記金型のキャビティに供給する材料供給装置を備え、
前記材料供給装置に、前記粉体状材料を予備加熱する加熱ヒータを設けた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】
前記材料供給装置は、前記粉体状材料を貯蔵するホッパを備え、前記ホッパに前記加熱ヒータを備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項３】
前記材料供給装置は、前記ホッパに貯蔵された前記粉体状材料を撹拌する撹拌部材を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項４】
前記材料供給装置は、前記ホッパの横断面積漸減部における前記粉体状材料の流動性を確保するため、前記ホッパの前記横断面積漸減部の外表面に配置されるノック部材を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項５】
前記材料供給装置は、前記ホッパの横断面積漸減部における前記粉体状材料の流動性を確保するため、前記ホッパの前記横断面積漸減部の内部に配置されるエアーブロー部材を備えたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項６】
前記材料供給装置は、前記ホッパに貯蔵された前記粉体状材料を一定量切り分ける切り分けボックスと、前記切り分けボックスで切り分けられた前記粉体状材料を収容して前記金型のキャビティまで移送するフィーダとを備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項７】
前記材料供給装置は、前記切り分けボックスまたは前記フィーダに前記加熱ヒータを備えたことを特徴とする請求項６記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項８】
前記材料供給装置は、前記ホッパに備えた前記加熱ヒータの設定温度に比べて、前記切り分けボックスまたは前記フィーダに備えた前記加熱ヒータの設定温度が、所定温度低い温度に設定されることを特徴とする請求項７記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項９】
前記切り分けボックスは、前記ホッパの出口開口に対応する上部開口および前記フィーダの上部開口に対応する下部開口を備えるとともに、前記上部開口を開閉する上部シャッタと、前記下部開口を開閉する下部シャッタとが一体になったシャッタ部材を備え、
前記シャッタ部材は、前記上部シャッタまたは前記下部シャッタのいずれか一方が開放位置にあるとき他方が閉鎖位置にあり、付勢部材の作用により、定常状態では前記下部シャッタが閉鎖位置に保持されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１０】
前記フィーダは、前記金型のキャビティ上面に連なる支持板と、アクチュエータと、前記アクチュエータの作動により前記支持板に沿って往復移動するフィーダ本体とを備え、
前記フィーダ本体は、上部開口および下部開口を備えるとともに、前記上部開口を開閉するシャッタ部材を備え、付勢部材の作用により、定常状態では前記シャッタ部材が閉鎖位置に保持されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１１】
前記フィーダは、前記アクチュエータの作動により、前記フィーダ本体を、前記上部開口が前記ホッパの真下において前記切り分けボックスの下部開口に対応する材料受入位置から、前記下部開口が前記金型キャビティの上面に対応する材料供給位置までを含む範囲で往復移動させることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１２】
前記フィーダ本体は、前記材料供給位置において、前記アクチュエータの作動により所定ストロークの往復動を反復し、
前記フィーダ本体の前記下部開口は、前記金型キャビティの上面開口に比べて、前記所定ストロークに相当する大きさだけ大きく形成されることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１３】
前記フィーダ本体が前記材料供給位置から前記材料受入位置に移動するとき、前記アクチュエータの作動力が前記付勢部材の付勢力を上回ることで、前記切り分けボックスの前記シャッタ部材を作動させて、前記上部シャッタを閉鎖位置に、かつ、前記下部シャッタを開放位置にするとともに、前記フィーダ本体の前記シャッタ部材を同時に作動させて、前記切り分けボックスの前記シャッタ部材と同期して開放位置にすることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池セパレータの製造装置。
【請求項１４】
燃料電池セパレータの原料の粉体状材料を圧縮成形金型のキャビティに供給する燃料電池セパレータ製造装置に用いる材料供給装置であって、
前記粉体状材料を予備加熱する加熱ヒータを備えたことを特徴とする燃料電池セパレータ製造装置に用いる材料供給装置。
【請求項１５】
前記粉体状材料を貯蔵するホッパと、
前記ホッパに貯蔵された前記粉体状材料を一定量切り分ける切り分けボックスと、
前記切り分けボックスで切り分けられた前記粉体状材料を収容して前記金型のキャビティまで移送するフィーダと、
を備えたことを特徴とする請求項１４記載の燃料電池セパレータ製造装置に用いる材料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池セパレータの製造装置と、これに用いる材料供給装置に係り、さらに詳しくは、流動性が乏しく、分散性・均一性が悪い炭素質系粉末を主成分とする材料を用いた圧縮成形により、燃料電池セパレータを得るための製造装置および材料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池による発電システムは、近年のエネルギー消費量増加に伴う二酸化炭素排出量の増加や、石油をはじめとする化石資源の枯渇問題を解決するべく、クリーンかつ高効率の新しい技術として広く実用化検討が推進されている。
【０００３】
特に、電解質にイオン交換膜を用いた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）システムは、作動温度が８０℃以下と比較的低温であることから、容易に運転・停止が可能である。また、エネルギー効率が高いことから、家庭用コージェネレーション、自動車、携帯機器等への導入が期待されている。
【０００４】
固体高分子型燃料電池に用いられる基本セルは、イオン交換膜からなる電解質膜がアノード、カソードの各電極ではさまれ、さらに両側から２枚のセパレータではさみ込む構成である。セパレータ表面には、一方の電極に水素等の燃料ガスを、また他方の電極に酸素・空気等の酸化ガスを供給するための流路溝がそれぞれ形成される。また、セパレータは、燃料ガスと酸化ガスを分離するための遮蔽板としての機能をもつ。
【０００５】
そして、燃料電池システムに必要な電気出力に応じて、このような基本セルが数十〜数百枚直列に積層されてスタックとして構成される。
【０００６】
以上のような機能をもつセパレータに必要な代表的特性としては、アメリカ・エネルギー省（ＤＯＥ：Department of Energy）の目標値を基準にした場合、電気抵抗値が２０ｍΩ・ｃｍ以下であること、ガス透過性が２×１０−６ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下であること、薄肉、軽量であること、そして、市場への普及には製造コストの大幅な低減が必要不可欠である。
【０００７】
このような諸性質・コストを兼ね備えたセパレータは、当初、炭素質系材料に熱硬化型樹脂性バインダを混合・成形し、加熱硬化後に非酸化性雰囲気中にて１０００℃以上の高温で長時間処理により焼成炭化されていた。
【０００８】
これに対し、導電性に優れた黒鉛粉末に熱硬化性樹脂系のバインダを混合して得られる材料を用いた圧縮成形によって、電気抵抗値、ガス非透過性を維持しながら、製造コストを低減する製造方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３３８２６９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような先行技術文献に記載された技術を採用する場合、下記に述べるような課題があった。
【００１０】
黒鉛粉末を主成分とし、熱硬化性樹脂をバインダとして混合された粉末材料は、熱伝導性に乏しいので、サイクルタイム短縮による生産性向上のためには、金型への材料供給後の圧縮成形開始可能な状態、つまり粉末材料を所定の温度に加温させる時間の短縮が重要となる。
【００１１】
そのためには、加熱装置を備えた金型を複数個準備し、あらかじめ粉末材料を充填し、加熱しておく製造方法が提案されている。しかし、金型は非常に高価であり、製造設備費用が高額になることから、低コストのセパレータを供給することは難しい。
【００１２】
また、鉄系粉末、銅系粉末などを圧縮成形し、焼結して製品とする粉末冶金成形では、強度向上を目的とした温間成形工法がある。この工法では、金型に粉末材料を充填する前に、貯蔵するためのホッパで、あらかじめ所定の温度に昇温させる。
【００１３】
しかしながら、粉末冶金成形で用いられる粉末材料は、セパレータ材料の主成分である黒鉛よりも比重が大きい金属、または非金属であり、さらに、バインダもしくは潤滑剤の添加量は、セパレータ材料が１０〜１５％であるのに対して、粉末冶金用材料は１％以下であるため、材料粉末の特性はまったく異なる。
【００１４】
このため、従来の粉末冶金温間成形で用いられる材料の貯蔵、輸送、供給の装置では、材料の目詰まり、ブリッジなどにより輸送ができなかったり、加熱状態の不均一や不安定な材料輸送による偏析や嵩密度の不均一が発生する。特に加熱温度が高いほど、不均一性は顕著となる。
【００１５】
また、ホッパと金型に材料を供給するフィーダボックスはフレキシブルホース等で連結されているため、ホッパ内の材料貯蔵量の大小により、ボックス内への供給量にバラツキが発生していた。その結果、圧縮成形されたセパレータの特性に不均一が生じてしまった。
【００１６】
特に、燃料電池セパレータは数百枚を積層して使用されるために、薄肉・大面積の形状であることから、部分的な材料の充填バラツキは非常に発生しやすい。
【００１７】
さらに、セパレータ用粉末材料は黒鉛の粒子径が小さく、比重も小さいことから、大気中への拡散性が高いので、材料輸送系での漏洩による作業環境の悪化が問題となっていた。
【００１８】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、セパレータ製造に用いられる黒鉛粉末に熱硬化性樹脂系のバインダを混合させた粉体状材料を、金型充填前に予備加熱を行うことによって、材料昇温時間の短縮による生産性の向上を図ることのできる燃料電池セパレータの製造装置およびこれに用いる材料供給装置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】
【００１９】
この発明の請求項１に係る燃料電池セパレータの製造装置は、金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで燃料電池セパレータを製造する製造装置であって、前記粉体状材料を前記金型のキャビティに供給する材料供給装置を備え、前記材料供給装置に、前記粉体状材料を予備加熱する加熱ヒータを設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明の請求項２に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項１記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記材料供給装置は、前記粉体状材料を貯蔵するホッパを備え、前記ホッパに前記加熱ヒータを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
この発明の請求項３に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項２記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記材料供給装置は、前記ホッパに貯蔵された前記粉体状材料を撹拌する撹拌部材を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
この発明の請求項４に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項２記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記材料供給装置は、前記ホッパの横断面積漸減部における前記粉体状材料の流動性を確保するため、前記ホッパの前記横断面積漸減部の外表面に配置されるノック部材を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
この発明の請求項５に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項２記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記材料供給装置は、前記ホッパの横断面積漸減部における前記粉体状材料の流動性を確保するため、前記ホッパの前記横断面積漸減部の内部に配置されるエアーブロー部材を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
この発明の請求項６に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項２〜５のいずれか１項記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記材料供給装置は、前記ホッパに貯蔵された前記粉体状材料を一定量切り分ける切り分けボックスと、前記切り分けボックスで切り分けられた前記粉体状材料を収容して前記金型のキャビティまで移送するフィーダとを備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
この発明の請求項７に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項６記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記材料供給装置は、前記切り分けボックスまたは前記フィーダに前記加熱ヒータを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
この発明の請求項８に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項７記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記材料供給装置は、前記ホッパに備えた前記加熱ヒータの設定温度に比べて、前記切り分けボックスまたは前記フィーダに備えた前記加熱ヒータの設定温度が、所定温度低い温度に設定されることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明の請求項９に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項６記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記切り分けボックスは、前記ホッパの出口開口に対応する上部開口および前記フィーダの上部開口に対応する下部開口を備えるとともに、前記上部開口を開閉する上部シャッタと、前記下部開口を開閉する下部シャッタとが一体になったシャッタ部材を備え、前記シャッタ部材は、前記上部シャッタまたは前記下部シャッタのいずれか一方が開放位置にあるとき他方が閉鎖位置にあり、付勢部材の作用により、定常状態では前記下部シャッタが閉鎖位置に保持されることを特徴とするものである。
【００２８】
この発明の請求項１０に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項６記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記フィーダは、前記金型のキャビティ上面に連なる支持板と、アクチュエータと、前記アクチュエータの作動により前記支持板に沿って往復移動するフィーダ本体とを備え、前記フィーダ本体は、上部開口および下部開口を備えるとともに、前記上部開口を開閉するシャッタ部材を備え、付勢部材の作用により、定常状態では前記シャッタ部材が閉鎖位置に保持されることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明の請求項１１に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項１０記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記フィーダは、前記アクチュエータの作動により、前記フィーダ本体を、前記上部開口が前記ホッパの真下において前記切り分けボックスの下部開口に対応する材料受入位置から、前記下部開口が前記金型キャビティの上面に対応する材料供給位置までを含む範囲で往復移動させることを特徴とするものである。
【００３０】
この発明の請求項１２に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項１１記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記フィーダ本体は、前記材料供給位置において、前記アクチュエータの作動により所定ストロークの往復動を反復し、前記フィーダ本体の前記下部開口は、前記金型キャビティの上面開口に比べて、前記所定ストロークに相当する大きさだけ大きく形成されることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明の請求項１３に係る燃料電池セパレータの製造装置は、請求項１１記載の燃料電池セパレータの製造装置において、前記フィーダ本体が前記材料供給位置から前記材料受入位置に移動するとき、前記アクチュエータの作動力が前記付勢部材の付勢力を上回ることで、前記切り分けボックスの前記シャッタ部材を作動させて、前記上部シャッタを閉鎖位置に、かつ、前記下部シャッタを開放位置にするとともに、前記フィーダ本体の前記シャッタ部材を同時に作動させて、前記切り分けボックスの前記シャッタ部材と同期して開放位置にすることを特徴とするものである。
【００３２】
この発明の請求項１４に係る燃料電池セパレータ製造装置に用いる材料供給装置は、燃料電池セパレータの原料の粉体状材料を圧縮成形金型のキャビティに供給する燃料電池セパレータ製造装置に用いる材料供給装置であって、前記粉体状材料を予備加熱する加熱ヒータを備えたことを特徴とするものである。
【００３３】
この発明の請求項１５に係る燃料電池セパレータ製造装置に用いる材料供給装置は、請求項１４記載の燃料電池セパレータ製造装置に用いる材料供給装置において、前記粉体状材料を貯蔵するホッパと、前記ホッパに貯蔵された前記粉体状材料を一定量切り分ける切り分けボックスと、前記切り分けボックスで切り分けられた前記粉体状材料を収容して前記金型のキャビティまで移送するフィーダと、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３４】
この発明は以上のように、金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで燃料電池セパレータを製造する製造装置であって、前記粉体状材料を前記金型のキャビティに供給する材料供給装置を備え、前記材料供給装置に、前記粉体状材料を予備加熱する加熱ヒータを設けた構成としたので、燃料電池セパレータ用の粉体状材料を金型充填前に予備加熱することができ、これにより、材料昇温時間の短縮による生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、この発明による燃料電池セパレータの一実施形態を示す（ａ）正面図および（ｂ）背面図、図２は、図１のII−II線に沿ってとられた（ａ）断面図および（ｂ）Ａ部の拡大図である。
【００３７】
この燃料電池セパレータ１は、固体高分子型燃料電池システムに適用されるセパレータであり、両面（または片面）には、流路溝部２および、流路溝部２の周囲を囲む囲繞部４を有している。
【００３８】
セパレータ１の寸法は、燃料電池システムの発電能力により異なるが、外形が５０〜４００ｍｍ、例えば縦１５０ｍｍ×横１００ｍｍで、厚さが０．５〜５ｍｍ、例えば２．０ｍｍの平板形状である。
【００３９】
セパレータ１の流路溝部２には、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却水の流路となる溝（流路溝）３が形成されている。流路溝３の深さは、セパレータ１の板厚の約１／２以下であり、例えば０．５ｍｍである。流路溝３の溝幅は０．５〜５ｍｍ、例えば１ｍｍである。そして、流路溝３は、セパレータ１表面の囲繞部４に囲まれた所定領域内に細密な配置で形成されて、流路溝部２を構成している。
【００４０】
このような流路溝３は、セパレータ１の囲繞部４に形成されたマニホルド５に連結していて、マニホルド５を通して、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却水が流路溝３に導入・排出されるようになっている。なお、図１では、流路溝３およびマニホルド５を２系統だけ図示し、第３の流路溝ならびに第３のマニホルドは図示を省略してある。
【００４１】
この発明による燃料電池セパレータ１に用いられる成形材料は、炭素質粉末を主成分とし、樹脂系材料をバインダとして混合したものである。
【００４２】
セパレータ１は高い導電性を必要とするため、炭素質材料としては、高い結晶性の黒鉛構造を有することが望ましく、人造黒鉛、天然黒鉛、膨潤黒鉛などが適しており、またこれらを適正な割合で混合してもよい。黒鉛粉末の平均粒子径は、導電性、材料流動性の面からφ５〜１００μｍが用いられ、さらに好ましくはφ１０〜６０μｍである。黒鉛粉末中の灰分は、セパレータ１に隣接する触媒の電気化学的反応を阻害し、耐久性を低下させるため、０．５％以下が好ましい。
【００４３】
一方、炭素質粉末のバインダとして用いる樹脂系材料は、熱可塑性または熱硬化性のいずれでも構わない。好ましくは、機械的強度、耐久性の面から、３次元分子構造を形成する熱硬化性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂は、例えばフェノール系、エポキシ系、ジアリルフタレート系、不飽和ポリエステル系等が使用できるが、生産性・耐久性の面からフェノール系樹脂が好ましい。
【００４４】
上記の黒鉛粉末と樹脂系バインダとの配合割合は、高い導電性と高い非ガス透過性および機械的強度のバランスから、黒鉛７５〜９５ｗｔ％、樹脂系バインダ２５〜５ｗｔ％、さらに好ましくは、黒鉛８２〜９３ｗｔ％、樹脂系バインダ１８〜７ｗｔ％の配合割合の成形材料が用いられる。
【００４５】
以上の混合材料を用いて、以下に説明する成形金型および材料供給装置を用いた製造装置により、この発明による燃料電池セパレータ１を成形することができる。
【００４６】
図３は、この発明による燃料電池セパレータ１の製造装置に用いる成形金型の一実施形態を示す縦断面図である。囲繞部４に形成されるマニホルド５およびセパレータ１のスタック用貫通孔を形成する金型であるコアピンは省略してある。
【００４７】
この成形金型１０は、固定側ブロック２０に設けられる下金型（下パンチ）２１と、移動側ブロック４０に設けられる上金型（上パンチ）４１と、上下両金型４１，２１間に形成されるキャビティ５０の外周を担う金型である枠体（ダイ）３０とを備えている。枠体（ダイ）３０も固定側ブロック２０に設けられ、また、上金型（上パンチ）４１は移動側ブロック４０とともに、ラム圧力で作動されるようになっている。
【００４８】
下パンチ２１は、セパレータ１下面の形状を形成するものであり、上パンチ４１は、セパレータ１上面の形状を形成するものであり、ダイ３０は、セパレータ１の外周形状を形成するものである。
【００４９】
枠体（ダイ）３０は、その上面が下パンチ２１の上面よりも低くなる位置から、ストッパブロック３１に当接するまで突出可能に進退させる作動部材（アクチュエータ）３２を備えている。
【００５０】
この成形金型１０は、下パンチ２１、上パンチ４１が圧縮成形方向に作動可能に保持される。そして、図３に矢印Ｐで示すように、セパレータ１の最大面積を有する平面部に対して垂直方向からの単軸成形により圧縮成形される。
【００５１】
図４は、この発明による燃料電池セパレータ１の製造装置に用いる材料供給装置の一実施形態を示す縦断面図、図５は材料供給装置の拡大図である。
【００５２】
この材料供給装置６０は、上記の混合材料（粉体状材料）１００を貯蔵するホッパ７０と、ホッパ７０に貯蔵された混合材料（粉体状材料）１００を一定量切り分ける切り分けボックス８０と、切り分けボックス８０で切り分けられた混合材料（粉体状材料）１００を収容して金型のキャビティまで移送するフィーダ９０とで構成される。
【００５３】
ホッパ７０は、図示しないプレス装置の背面に固定されている。ホッパ７０の容積は、１サイクル当りのキャビティ５０への粉体状材料１００の充填量、サイクルタイム、粉体状材料１００を所定の温度に昇温するための加熱時間等の各種条件から、適正な容積を決定する。
【００５４】
ホッパ７０の形状は、粉体状材料１００がスムーズに落下しやすいので円筒形が最適であるが、加熱機器、撹拌機器の配置上、四角形などの多角形でも構わない。但し、稜線には大きなＲ形状を付け、円筒形に近い形状が望ましい。
【００５５】
ホッパ７０の材質は、耐腐食性からオーステナイト系ステンレスが望ましく、粉体状材料１００が接触する表面すなわちホッパ７０の内壁面は、ミガキ等の処理により滑らかにし、可能な限り凹凸部は避けることが望ましい。
【００５６】
ホッパ７０の外表面にはバンドヒータ７１が設けられ、また、ホッパ７０の内部にはカートリッジヒータ７２が設けられている。これらの加熱ヒータ（バンドヒータ７１、カートリッジヒータ７２）はいずれも、図示しない温度センサが取り付けられて、所定の温度に制御される。
【００５７】
これらの加熱ヒータ（バンドヒータ７１、カートリッジヒータ７２）により、粉体状材料１００は、予備加熱工程にて５０℃以上、８０℃以下の範囲内で、任意の温度に加熱される。
【００５８】
この粉体状材料１００は熱伝導性が低く、かつ粉体状であるから、加温には充分な時間が必要である。そのため、ホッパ７０からキャビティ５０に充填するまでの搬送経路では、粉体状材料１００の温度バラツキを低減させる撹拌等の工程を施しながら、徐々に加熱し、任意の材料温度に調整する。
【００５９】
この加熱工程では、加温機器の表面温度が、混合材料１００中の熱硬化性樹脂の硬化反応が始まる温度を超えないように、加温機器の表面に温度センサを取り付けることが重要である。硬化反応が始まる温度になると、接触した混合材料１００中の熱硬化性樹脂は軟化状態を越え、硬化反応の初期状態になってしまう。この状態になった熱硬化性樹脂は、他部の軟化状態とは異なり、圧縮成形工程、硬化工程において著しい特性の不均一性を与えてしまうからである。
【００６０】
ホッパ７０の内部には、粉体状材料１００の加熱の効率を高め、温度をより均一にするため、粉体状材料１００を撹拌する撹拌部材（羽根付きシャフト）７３が設けられている。適宜のアクチュエータにより羽根付きシャフト７３を１８０°の角度で繰り返し反転させることで、加熱された粉体状材料１００を撹拌する。
【００６１】
羽根付きシャフト７３のアクチュエータは、例えば、エアー駆動式のロータリーシリンダを用いることができ、また、電動モータ等を用いることもできる。羽根付きシャフト７３の作動タイミングは、切り分けボックス８０への材料落下の状態に影響を与えないよう、切り分けボックス８０の上部シャッタ８２が閉鎖状態でシャッタ部材８１の作動位置をトリガとして制御する。
【００６２】
ホッパ７０の下部は、小容積の切り分けボックス８０に粉体状材料１００を落下させるため、漏斗形状に絞られて横断面積漸減部が形成されている。粉体状材料１００はバインダとして樹脂が混合されているため、安息角が大きく、さらに加温された状態では安息角は８５°以上になる。そのため、絞られた部分（横断面積漸減部）では粉体状材料１００の目詰まり、ブリッジが容易に発生するので、ノック部材（エアー式ノッカ）７４およびエアーブロー部材（エアーブローノズル）７５を設け、羽根付きシャフト７３と同様に作動タイミングを制御する。
【００６３】
切り分けボックス８０は、ホッパ７０の出口開口に対応する上部開口を開閉する上部シャッタ８２と、フィーダ９０の上部開口に対応する下部開口を開閉する下部シャッタ８３とが一体になったシャッタ部材８１を備えている。
【００６４】
シャッタ部材８１は、上部シャッタ８２または下部シャッタ８３のいずれか一方が開放位置にあるとき他方が閉鎖位置にあり、付勢部材（引張ばね）８４の作用により、定常状態では下部シャッタ８３が閉鎖位置に保持される。
【００６５】
シャッタ部材８１は、フィーダ９０に粉体状材料１００を安定的に落下供給するため、ホッパ７０内の粉体状材料１００の自重をキャンセルさせる機能をもつ。
【００６６】
すなわち、切り分けボックス８０からフィーダ９０に粉体状材料１００を落下供給する状態では、上部シャッタ８２は閉鎖状態となり、ホッパ７０内の粉体状材料１００の自重の影響はキャンセルされていると同時に、下部シャッタ８３は開放状態であり、切り分けボックス８０内の粉体状材料１００のみがフィーダ９０に落下供給される。
【００６７】
一方、フィーダ９０が移動し、キャビティ５０へ粉体状材料１００を供給・充填する工程では、上部シャッタ８２は開放状態となり、ホッパ７０内の粉体状材料１００は切り分けボックス８０に落下供給されると同時に、下部シャッタ８３は閉鎖状態であるため、フィーダ９０が移動して不在となった空間に粉体状材料１００が落下することはない。
【００６８】
シャッタ部材８１の開閉作動は専用のアクチュエータを必要とせず、フィーダ９０の作動により達成される。フィーダ９０がキャビティ５０に粉体状材料１００を供給・充填する工程では、引張ばね８４により上部シャッタ８２は開放状態、下部シャッタ８３は閉鎖状態にある。
【００６９】
一方、フィーダ９０が切り分けボックス８０から粉体状材料１００を供給されるときは、フィーダ９０に設けられたロッド９６がシャッタ部材８１と接触する。フィーダ９０の駆動力は引張ばね８４の付勢力より大きいので、フィーダ９０が切り分けボックス８０に近づく動作と同期して、シャッタ部材８１が作動する。その結果、フィーダ９０が所定の材料受入位置に戻った状態（図４参照）では、シャッタ部材８１も作動が完了し、上部シャッタ８２は閉鎖状態、下部シャッタ８３は開放状態となる。
【００７０】
切り分けボックス８０の容積は、キャビティ５０への充填量より大きければよいが、２〜５倍の容積が望ましい。必要によっては、保温のため、外周部にバンドヒータ（加熱ヒータ）８５を設けるが、温度バラツキの防止のため、ホッパ７０の加熱ヒータ（バンドヒータ７１、カートリッジヒータ７２）の設定温度より５℃程度低い温度に設定する。
【００７１】
フィーダ９０は、金型のキャビティ５０上面に連なる支持板９１と、図示しないアクチュエータと、アクチュエータの作動により支持板９１に沿って往復移動するフィーダ本体９２とで構成される。
【００７２】
フィーダ９０は、切り分けボックス８０から供給された粉体状材料１００をキャビティ５０まで移送し供給・充填するための直線的な往復動作の機能を持つ。
【００７３】
フィーダ９０を作動させるアクチュエータは、例えば、エアーシリンダ、油圧シリンダ、電動モータによるボールねじ駆動など、適宜のものが使用可能である。しかし、粉体状材料１００をキャビティ５０に均一に供給・充填するには、任意位置での反復往復動および速度調整が容易にできる構造が望ましい。
【００７４】
フィーダ本体９２は、上部開口を開閉するシャッタ部材９３を備え、付勢部材（圧縮ばね）９４の作用により、定常状態ではシャッタ部材９３が閉鎖位置に保持される。フィーダ本体９２から粉体状材料１００をキャビティ５０に供給・充填する工程では、圧縮ばね９４によりシャッタ部材９３は閉鎖状態に保持されているため、フィーダ本体９２の高速かつ反復往復動においても、粉体状材料１００が飛散して作業環境を悪化させることはない。
【００７５】
一方、フィーダ本体９２が切り分けボックス８０から粉体状材料１００を受け入れる（供給される）ときは、切り分けボックス８０に設けられたロッド８６がシャッタ部材９３に接触する。フィーダ本体９２の駆動力は圧縮ばね９４の付勢力よりも大きいので、フィーダ本体９２が切り分けボックス８０に近づく動作に同期してシャッタ部材９３は作動する。フィーダ本体９２が所定の材料受入位置に戻った状態（図４参照）では、シャッタ部材９３も作動が完了し、シャッタ部材９３は開放状態となり、切り分けボックス８０からフィーダ本体９２に粉体状材料１００が供給される。
【００７６】
また、フィーダ本体９２は、必要によっては、保温のため、外周部にバンドヒータ（加熱ヒータ）９５を設けるが、温度バラツキの防止のため、ホッパ７０の加熱ヒータ（バンドヒータ７１、カートリッジヒータ７２）の設定温度より５℃程度低い温度に設定する。
【００７７】
以下に、切り分けボックス８０、フィーダ９０、キャビティ５０の順に粉体状材料１００を搬送する１サイクル作動を説明する。
【００７８】
図６は、切り分けボックス８０からフィーダ本体９２に粉体状材料１００が供給され、フィーダ本体９２がキャビティ５０に粉体状材料１００を供給・充填する位置（材料供給位置）向かって移動している過程を示す。
【００７９】
フィーダ本体９２上部のシャッタ部材９３は、圧縮ばね９４によって閉鎖状態に保持されている。切り分けボックス８０のシャッタ部材８１も引張ばね８４により、上部シャッタ８２は開放状態となって、ホッパ７０から粉体状材料１００が落下され、同時に、下部シャッタ８３は閉鎖状態となっている。
【００８０】
図７は、フィーダ本体９２からキャビティ５０に粉体状材料１００を供給・充填した状態を示す。このとき、位置による充填量のバラツキを低減するために、フィーダ本体９２を所定のストロークで反復往復動させることが望ましい。その場合、フィーダ本体９２の下部開口の大きさは、キャビティ５０の上面開口より大きく、さらに所定ストローク分だけ大きな下部開口を設ける必要がある。この反復往復動において、シャッタ部材９３は常時閉鎖状態に保持されているので、激しい反復往復動であっても粉体状材料１００が飛散することはない。
【００８１】
図８は、フィーダ本体９２がキャビティ５０に粉体状材料１００を充填完了し、材料を補充する位置（材料受入位置）に向かって移動している状態である。
【００８２】
図４は、フィーダ本体９２が切り分けボックス８０の直下位置（材料受入位置）に戻り、切り分けボックス８０からフィーダ本体９２に粉体状材料１００が落下供給されている状態を示す。
【００８３】
切り分けボックス８０のシャッタ部材８１は、フィーダ本体９２に設けられたロッド９６により作動し、上部シャッタ８２は閉鎖状態となり、ホッパ７０からの粉体状材料１００の落下が遮断される。同時に下部シャッタ８３は開放状態となり、フィーダ本体９２に粉体状材料１００が落下供給される。同様に、フィーダ本体９２のシャッタ部材９３は、切り分けボックス８０に設けられたロッド８６により、開放状態となる。
【００８４】
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００８５】
以上の記載から明らかなように、この発明は、セパレータ製造に用いられる黒鉛粉末に熱硬化性樹脂系のバインダを混合させた粉体状材料を、金型充填前に予備加熱を行うことによって、材料昇温時間の短縮による生産性の向上を図ることができる。
【００８６】
また、この発明は、セパレータ用粉体状材料の性質に適した材料供給装置により、嵩密度・充填量のバラツキを低減することによって、セパレータの特性の均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】この発明による燃料電池セパレータの一実施形態を示す（ａ）正面図および（ｂ）背面図である。
【図２】図１のII−II線に沿ってとられた（ａ）断面図および（ｂ）Ａ部の拡大図である。
【図３】この発明による燃料電池セパレータの製造装置に用いる成形金型の一実施形態を示す縦断面図である。
【図４】この発明による燃料電池セパレータの製造装置に用いる材料供給装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図５】材料供給装置の拡大図である。
【図６】粉体状材料をキャビティに供給・充填するため、フィーダ本体がキャビティに向けて移動している状態を示す図である。
【図７】キャビティに粉体状材料が供給・充填された状態を示す図である。
【図８】粉体状材料を補給するため、フィーダ本体がホッパに向けて移動している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  燃料電池セパレータ
２  流路溝部
３  流路溝
４  囲繞部
５  マニホルド
１０  成形金型
２０  固定側ブロック
２１  下パンチ（下金型）
３０  ダイ（枠体）
３１  ストッパブロック
３２  アクチュエータ（作動部材）
４０  移動側ブロック
４１  上パンチ（上金型）
５０  キャビティ
６０  材料供給装置
７０  ホッパ
７１  バンドヒータ（加熱ヒータ）
７２  カートリッジヒータ（加熱ヒータ）
７３  撹拌部材（羽根付きシャフト）
７４  ノック部材（エアー式ノッカ）
７５  エアーブロー部材（エアーブローノズル）
８０  切り分けボックス
８１  シャッタ部材
８２  上部シャッタ
８３  下部シャッタ
８４  付勢部材（引張ばね）
８５  バンドヒータ（加熱ヒータ）
８６  ロッド
９０  フィーダ
９１  支持板
９２  フィーダ本体
９３  シャッタ部材
９４  付勢部材（圧縮ばね）
９５  バンドヒータ（加熱ヒータ）
９６  ロッド
１００  混合材料（粉体状材料）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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