(57)【要約】【課題】偏肉や歪みのない燃料電池用セパレータを成形する方法と金型を提供する。【解決手段】粉末原料Ｍを上型１と下型２からなる金型のキャビティＣへ供給した後それを加熱・加圧して圧縮成形する燃料電池用セパレータＳの成形方法において、凹部壁面８で区画されたキャビティ面３の外周近傍には粉末原料Ｍを供給しないとともに、下型２のキャビティ面３又はキャビティ面３と対向する上型１のキャビティ面の何れか若しくは双方に、前記セパレータＳの外周端を形成させる環状凸部４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末原料を金型のキャビティへ供給した後それを加熱・加圧して圧縮成形する燃料電池用セパレータの成形方法において、
凹部壁面で区画されたキャビティ面の外周近傍には粉末原料を供給しないことを特徴とする燃料電池用セパレータの成形方法。
【請求項２】
前記キャビティ面又は該キャビティ面と対向するキャビティ面の何れか若しくは双方に、前記セパレータの外周端を形成させる環状凸部を有する請求項１に記載の燃料電池用セパレータの成形に用いる金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末原料を圧縮成形して燃料電池用セパレータを成形する成形方法とそれに用いる金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、燃料電池用セパレータの従来の成形は、図示しない上型と当接する下型２０の当接面９０を凹部壁面８０で区画し形成したキャビティ面３０に、枠体５０、支持部６０、及びシャッタ１００からなる供給装置１２０により粉末原料Ｍをキャビティ面３０の全面均一となるように供給し、供給装置１２０を下型２０の上方から退去させた後、図示しない上型を下型２０に接近させ凹部壁面８０に係合させ、温調された下型２０のキャビティ面３０と上型のキャビティ面で粉末原料Ｍを加熱・加圧して圧縮成形するものである。
【０００３】
しかしながら、前記従来の成形方法によるセパレータは、キャビティ面の外周近傍における粉末原料の供給不足と溶融した粉末原料の極めて低い流動性に起因して、その外周部の肉厚が低下するとともに、その中心部の肉厚が低下せず要求寸法を満たさないという課題を有している。また、金型の凹部壁面８０がセパレータの端面となり、流動性の悪い粉末原料の溶融材料を高い圧力で圧縮して凹部壁面８０まで展延させるため、セパレータには応力が残留して反りが発生する。
【０００４】
このような課題を解決する技術として特許文献１がある。特許文献１における金型は、バインダー樹脂と黒鉛粒子との混合物を利用してセパレータを製造するための上型と下型とを備え、上型と下型とが少なくとも重ね合わされた際に形成される空間は、セパレータに対応するキャビティー空間と、キャビティー空間に連通され、セパレータの面方向に設けられた、投入されたバインダー樹脂と黒鉛粒子との混合物の余剰分がオーバーフローするオーバーフロー空間とを有するものである。しかしながら、このような金型による一成形に要する粉末原料の量は、キャビティの容積よりも多く必要となるため、当然ながら粉末原料はキャビティの末端まで供給される。また、粉末原料の余剰分をオーバーフローさせる空間の高さはキャビティの高さより小さいので、流動性の悪い粉末原料の溶融材料を十分かつ容易にオーバーフローさせることが出来ず、セパレータの偏肉や歪みを効果的に改善することはできない。
【特許文献１】特開２００４−７１３３４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、上記した問題を解決すべくなされたものであって、偏肉や歪みのない燃料電池用セパレータを成形する方法と金型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】
【０００６】
本発明は、粉末原料を金型のキャビティへ供給した後それを加熱・加圧して圧縮成形する燃料電池用セパレータの成形方法において、凹部壁面で区画されたキャビティ面の外周近傍には粉末原料を供給しない燃料電池用セパレータの成形方法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の圧縮成形方法によれば、偏肉や歪みのない燃料電池用セパレータを成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の燃料電池用セパレータの成形における粉末原料の供給状況を示す縦断面図である。図２は、本発明の燃料電池用セパレータの圧縮成形時における金型の縦断面図である。図３は、従来の燃料電池用セパレータの成形における粉末原料の供給状況を示す縦断面図である。
【０００９】
図１に示すように、金型は上型１と下型２とからなる。下型２の上型１との当接面９には凹部が形成されている。凹部は凹部壁面８とキャビティ面３からなり、キャビティ面３は凹部壁面８により区画される。金型が型合わせされたとき、凹部の凹部壁面８には上型１の凸部が嵌入し係合して、キャビティＣが形成される。したがって、キャビティＣは、キャビティ面３、キャビティ面３と対向する上型１のキャビティ面、及び凹部壁面８により画設され形成される。
【００１０】
金型で燃料電池用セパレータＳを成形するには、上型１を下型２から十分離隔させ、下型２のキャビティ面３の上方に作業空間を確保した状態で粉末原料Ｍをキャビティ面３へ供給する。
【００１１】
粉末原料Ｍは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と炭素等の導電物質を適量混合した粉末状のものである。この混合比については、セパレータＳが良好な導電性を有する必要があるため、バインダとしての樹脂分の割合が２０％以下である。したがって、この粉末原料Ｍを溶融させた溶融材料の流動性は極めて低い。
【００１２】
このような粉末原料Ｍは、供給装置１２によりキャビティ面３へ供給される。供給装置１２は、短冊状板材をキャビティ面３より小さいロ字状に形成した枠体５と、枠体５の一外側面に固着され枠体５を支持し移動させる支持部６と、枠体５の端面１１から所定距離下の三方に設けた溝に案内され一方に設けた貫通横穴を挿通し移動するシャッタ１０と、枠体５の凹部壁面８と対向する要所に設けられ枠体５の外表面と凹部壁面８との間隔を保持させる複数の間隔部材７とからなる。なお、間隔部材７は、支持部６の操作により枠体５のキャビティ面３上での位置決めが正確かつ高剛性で行われるならば必要としない。
【００１３】
粉末原料Ｍのキャビティ面３への供給方法の一実施の形態について述べる。支持部６を操作して枠体５の下端面をキャビティ面３に当接させシャッタ１０を枠体５内に挿入し、シャッタ１０上部に形成された升状の空間へ粉末原料Ｍを供給し、端面１１から上方に盛り上がった粉末原料Ｍを棒材により端面１１で擦り切って計量する。そして、シャッタ１０を開放することにより計量された粉末原料Ｍをキャビティ面３に落下させる。このとき、粉末原料Ｍを均一にキャビティ面３に供給するため、種々の方法が提案されている。例えばシャッタ１０を上下二層にし、上部シャッタの複数の貫通穴で計量した粉末原料Ｍを下部シャッタの開放により貫通孔毎に順次落下させるものがある。また、シャッタ１０を設けずに端面１１の高さを低くし、粉末原料Ｍを端面１１で擦り切って直接キャビティ面３に供給するものであってもよい。但し、この方法によれば、セパレータＳの要求板厚が薄く粉末原料Ｍのキャビティ面３への堆積量が少ない場合、キャビティ面３の熱により粉末原料Ｍの擦り切りが良好に行えないことがある。
【００１４】
このように粉末原料Ｍがキャビティ面３に供給されるので、キャビティ面３の外周近傍には粉末原料Ｍが供給されず、凹部壁面８と供給された粉末原料Ｍの外縁との間には間隔Ｄが存在する。間隔Ｄの値は、枠体５の形状により規定されるが、全周にわたって同値であっても、特定の部分で変化させてもよい。
【００１５】
次に、供給装置１２を下型２の上方から退去させた後、図２に示すように、上型１を下型２に接近させ凹部壁面８に係合させ、温調された下型２のキャビティ面３と上型１のキャビティ面で粉末原料Ｍを加熱・加圧して圧縮成形する。このとき、粉末原料Ｍは、キャビティ面３に突設された断面山形等の環状凸部４の形状と、キャビティ面３に刻設されたセパレータＳとしての機能を果たす溝形状等とを転写しつつ展延される。環状凸部４は、セパレータＳの外周端面を規定して形成するためのものであり、キャビティ面３又はキャビティ面３と対向する上型１のキャビティ面の何れか若しくは双方に設けられる。このようにして、キャビティＣは、セパレータＳの成形品に相当する部分と、その外周に環状凸部４で狭窄された間隙Ｇを介して形成されたはみ出し部Ｆとからなる。
【００１６】
圧縮成形時、粉末原料Ｍの溶融材料は間隙Ｇを通過して、はみ出し部Ｆへ容易に流動し、しかもはみ出し部Ｆの流路高さはセパレータＳの流路高さと同一であるから、セパレータＳの所定肉厚までの圧縮に要する余剰溶融材料は極めて容易にはみ出し部Ｆを流動する。そのため、セパレータＳには偏肉が生じないとともに応力が残留せず、圧縮成形後にセパレータＳが反ることはない。セパレータＳが所定肉厚まで圧縮されたとき、上型１と下型２での圧縮工程を終了させる。このとき、はみ出し部Ｆには未充填の部分が残る。そして、そのような状態となるように、粉末原料Ｍの量が設定される。圧縮成形後下型２から取出された成形品は、間隙Ｇの部分で切断されてセパレータＳとはみ出し部Ｆに分離される。
【００１７】
なお、この発明によれば、凹部壁面８とその近傍に粉末原料Ｍが存在しないので、従来の成形法によるセパレータで問題となった縦バリが発生せず、セパレータを積層する場合に障害とならない。また、従来の成形法における金型の凹部壁面に付着する粉末原料Ｍに起因した金型の係合不良も解消される。
【００１８】
この発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の燃料電池用セパレータの成形における粉末原料の供給状況を示す縦断面図である。
【図２】本発明の燃料電池用セパレータの圧縮成形時における金型の縦断面図である。
【図３】従来の燃料電池用セパレータの成形における粉末原料の供給状況を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    上型
２    下型
３    キャビティ面
４    環状凸部
５    枠体
６    支持部
７    間隔部材
８    凹部壁面
９    当接面
１０  シャッタ
１１  端面
１２  供給装置
Ｃ    キャビティ
Ｄ    間隔
Ｆ    はみ出し部
Ｇ    間隙
Ｍ    粉末原料
Ｓ    セパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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