(57)【要約】【課題】  成形用キャビティの末端部にも流動性材料を円滑に流すことができる成形品の製造方法とその方法の実施に直接使用する製造装置の提供。【解決手段】  成形品１０の製造方法および製造装置であって、ゲート部１６のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料１１を成形品の末端部２１に優先的に流す形状とする成形品の製造方法および製造装置。  金型１５の、ゲート部に対向する部位に突起２２を設け、該突起の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料１１を成形品の末端部２１に優先的に流す形状とする成形品の製造方法および製造装置。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性のある流動性材料を金型のゲート部を通して金型の成形品成形用キャビティに流入し固化させて成形品を製造する成形品の製造方法であって、前記ゲート部のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とする成形品の製造方法。
【請求項２】
粘性のある流動性材料を金型のゲート部を通して金型の成形品成形用キャビティに流入し固化させて成形品を製造する成形品の製造方法であって、前記金型の、前記ゲート部に対向する部位に突起を設け、該突起の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、前記ゲート部から前記キャビティに流入して前記突起に当たる流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とする成形品の製造方法。
【請求項３】
前記成形品が、カーボンと樹脂とを含む燃料電池用カーボンセパレータである請求項１または請求項２記載の成形品の製造方法。
【請求項４】
前記粘性のある流動性材料がカーボン粒子と樹脂との混合材である請求項１または請求項２記載の成形品の製造方法。
【請求項５】
金型と、該金型内の成形品成形用のキャビティと、前記金型に設けられ前記キャビティの中央部に開口するゲート部を有する成形品の製造装置であって、前記ゲート部のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とした成形品の製造装置。
【請求項６】
金型と、該金型内の成形品成形用のキャビティと、前記金型に設けられ前記キャビティの中央部に開口するゲート部を有する成形品の製造装置であって、前記金型の、前記ゲート部に対向する部位に、前記ゲート部に向かって突出する突起を設けておき、前記突起の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、前記ゲート部から前記キャビティに流入して前記突起に当たる流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とする成形品の製造装置。
【請求項７】
前記成形品が、カーボンと樹脂とを含む燃料電池用カーボンセパレータである請求項５または請求項６記載の成形品の製造装置。
【請求項８】
前記流動性材料がカーボン粒子と樹脂との混合材である請求項５または請求項６記載の成形品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形品の製造方法と成形品の製造装置に関し、とくに燃料電池用カーボンセパレータの製造方法と製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池はＭＥＡ（膜−電極接合体）をセパレータで挟んだものから構成される。特開２００４−１６０７７２号公報に開示されているように、セパレータがカーボンセパレータである場合、従来のセパレータは、カーボンと樹脂を含む流動性材料を、たとえば射出成形（流動性材料をスクリュで押し出す成形）またはトランスファ成形（流動性材料を、一定量、ピストンで押し出す成形）で金型キャビティに充填し、冷却して製造される。
【特許文献１】特開２００４−１６０７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のカーボンセパレータからなる成形品の製造方法と成形品の製造装置には以下の課題があった。
図８に示すように、ゲート１は断面円形で、成形用キャビティ２の中央に設けられるが、ゲートから成形用キャビティに射出された高粘性材料からなる流動性材料３は円状に広がるため、ゲート１から遠い成形用キャビティ２の末端部４に材料が到達するまでに材料が冷却固化してしまい、末端部４は材料が充填されにくい。
末端部まで材料を充填しようとすると、成形時の金型温度を上げて流動性材料の粘性を低下させるとともに固化を遅らさなければならず、金型温度を上げると成形品に膨れなどの不良が発生しやすい。
本発明の目的は、成形用キャビティの末端部にも流動性材料を円滑に流すことができる成形品（たとえば、燃料電池用セパレータ、ただし、セパレータに限るものではなく、一般の成形品であってもよい）の製造方法とその方法の実施に直接使用する製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１）  粘性のある流動性材料を金型のゲート部を通して金型の成形品成形用キャビティに流入し固化させて成形品を製造する成形品の製造方法であって、前記ゲート部のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とする成形品の製造方法。
（２）  粘性のある流動性材料を金型のゲート部を通して金型の成形品成形用キャビティに流入し固化させて成形品を製造する成形品の製造方法であって、前記金型の、前記ゲート部に対向する部位に突起を設け、該突起の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、前記ゲート部から前記キャビティに流入して前記突起に当たる流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とする成形品の製造方法。
（３）  前記成形品が、カーボンと樹脂とを含む燃料電池用カーボンセパレータである（１）または（２）記載の成形品の製造方法。
（４）  前記粘性のある流動性材料がカーボン粒子と樹脂との混合材である（１）または（２）記載の成形品の製造方法。
（５）  金型と、該金型内の成形品成形用のキャビティと、前記金型に設けられ前記キャビティの中央部に開口するゲート部を有する成形品の製造装置であって、前記ゲート部のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とした成形品の製造装置。
（６）  金型と、該金型内の成形品成形用のキャビティと、前記金型に設けられ前記キャビティの中央部に開口するゲート部を有する成形品の製造装置であって、前記金型の、前記ゲート部に対向する部位に、前記ゲート部に向かって突出する突起を設けておき、前記突起の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、前記ゲート部から前記キャビティに流入して前記突起に当たる流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状とする成形品の製造装置。
（７）  前記成形品が、カーボンと樹脂とを含む燃料電池用カーボンセパレータである（５）または（６）記載の成形品の製造装置。
（８）  前記流動性材料がカーボン粒子と樹脂との混合材である（５）または（６）記載の成形品の製造装置。
また、本発明は、（１）と（２）を有する成形品の製造方法、（５）と（６）を有する成形品の製造装置であってもよい。
【発明の効果】
【０００５】
上記（１）の成形品の製造方法、または上記（５）の成形品の製造装置によれば、ゲート部のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状としたので、成形用キャビティの末端部にも流動性材料を円滑に流すことができ、成形用キャビティの末端部にも流動性材料を充填することができる。
上記（２）の成形品の製造方法、または上記（６）の成形品の製造装置によれば、金型の、ゲート部に対向する部位に、ゲート部に向かって突出する突起を設けておき、突起の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、ゲート部からキャビティに流入して突起に当たる流動性材料を成形品の末端部に優先的に流す形状としたので、成形用キャビティの末端部にも流動性材料を円滑に流すことができ、成形用キャビティの末端部にも流動性材料を充填することができる。
上記（３）、（４）の成形品の製造方法、または上記（７）、（８）の成形品の製造装置によれば、成形品が燃料電池用カーボンセパレータであるので、ほぼ矩形状セパレータの４隅のコーナ部まで材料が充填されたカーボンセパレータが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の燃料電池を図１−図７を参照して説明する。
本発明が適用される成形品１０は、たとえば、燃料電池用セパレータ１０（成形品と同じであるため、符号は成形品と同じ）であり、燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。燃料電池は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００７】
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１０との積層体からなる。セパレータ１０は、本発明では、カーボンセパレータである。
本発明の成形品１０の製造方法および製造装置１７における成形品１０は、たとえば、少なくとも１つの燃料電池用カーボンセパレータ１０（成形品１０と同じであるためセパレータの符号も１０とする）である。ただし、燃料電池用カーボンセパレータ以外の成形品であってもよい。
【０００８】
図６に示すように、１つの成形品１０が同一平面内に格子状に並べられた複数（図６では４個）のセパレータ１０を含み成形後複数に分割して各セパレータ１０とする場合は、成形品１０は複数（図６では４個）のセパレータ１０を含む。また、図７に示すように、１つの成形品１０が１枚のみのセパレータ１０を含む場合は、成形品１０は１つのセパレータからなる。
【０００９】
本発明の成形品１０の製造方法および製造装置１７において、粘性のある流動性材料１１を金型１５のゲート部１６を通して金型の成形品成形用キャビティ１２に流入し固化させて成形品１０を製造する。
【００１０】
本発明の成形品１０の製造方法において、流動性材料１１は、成形品１０が燃料電池用カーボンセパレータ１０の場合、カーボン（７０重量％以上のカーボン粒子、カーボンフィラー）と樹脂（熱可塑性樹脂のバインダー、カーボン以外の残りの部分で３０重量％以下）の混合材料を含む高粘度（たとえば、４００−６００Ｐａｓｅｃ以上の粘度）の流動性材料１１（樹脂部分が熱で溶融されてカーボン粒子、カーボンフィラーと樹脂の混合材料が流動性をもつ）からなる。この流動性材料１１を、たとえば射出成形（流動性材料１１をスクリュ１３で押し出す成形）またはトランスファ成形（流動性材料１１を、一定量、ピストン１４で押し出す成形）で、金型１５の成形品成形用キャビティ１２のゲート部１６を通して、金型１５の成形品成形用キャビティ１２に押し出してキャビティ１２を流動性材料１１で充填し、金型１５内で流動性材料１１を冷却、固化させる。金型１５は加熱されているが溶融した流動性材料１１より温度が低いので流動性材料１１は金型内で時間の経過とともに冷却、固化する。流入に約２秒、固化に約１０秒かかる。固化後、成形品であるカーボンセパレータ１０を金型１５を開いて金型１５から取り出す。
【００１１】
本発明の成形品１０の製造装置１７は、射出成形装置（カーボン粒子、カーボンフィラーと樹脂の混合材料を含む流動性材料１１をスクリュ１３で押し出す成形装置）またはトランスファ成形装置（カーボン粒子、カーボンフィラーと樹脂の混合材料を含む流動性材料１１を、一定量、ピストン１４で押し出す成形装置）で、固定型１８と固定型１８に対して相対的に移動可能な可動型１９を有する。ゲート部１６は通常固定型１８に設けられ、可動型１９を移動させて金型を１５を開閉する。金型１５は金型内に成形品成形用のキャビティ１２を有する。キャビティ１２は固定型１８と可動型１９との間の隙間の空間からなり、成形品１０がほぼ矩形状の場合は、キャビティ１２はほぼ矩形状である。
【００１２】
上記の成形品１０（たとえば、少なくとも１つの燃料電池用カーボンセパレータ１０）の製造方法、および成形品１０（たとえば、カーボンセパレータ１０）の製造装置１７において、ゲート部１６は、金型１５の成形品成形用キャビティ１２の中央部に設けられている。
【００１３】
図６に示すように１つの成形品が同一平面内に格子状に並べられた複数（図６では４個）のセパレータ１０を含み成形後複数に分割して各セパレータ１０とする場合は、複数（図６では４個）のセパレータ１０を含む成形品１０の中央部に設けられ、分割時にゲート部１６を含むセパレータ以外の部分は除去するか、またはセパレータの材料として再利用する。
【００１４】
また、図７に示すように１つの成形品が１枚のみのセパレータ１０を含む場合は、１つのセパレータからなる成形品１０の中央部にゲート部１６が設けられ、成形後、ゲート部１６を打ち抜きなどにより除去して、除去した孔あき部をマニホールド（ガスマニホールドまたは冷媒マニホールド）か締結ボルト等の締結手段の通し孔として利用する。
【００１５】
上記の成形品１０の製造方法、および成形品１０の製造装置１７において、ゲート部１６のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た流路断面形状は、円形以外で、流動性材料１１を成形品１０の末端部２１（キャビティ１２の、ゲート部１６から最も遠い末端部２１）に優先的に流す形状としてある。成形品１０がほぼ矩形の場合でゲート部１６が成形品１０の中央部に位置する場合は、成形品１０の末端部２１は成形品１０のほぼ矩形の４隅のコーナ部となる。
【００１６】
流動性材料１１を成形品１０の末端部２１（キャビティ１２の、ゲート部１６から最も遠い末端部２１）に優先的に流すゲート部１６の断面形状は、図２に示すように、成形品１０の外形が矩形の場合、矩形１６ａ（成形品の矩形の長辺とゲート部１６矩形の長辺が平行）や、または、図３に示すように、矩形（成形品の矩形の長辺とゲート部１６矩形の長辺が平行）または正方形の４隅から、または円形、楕円形、長円などから、成形品の４隅に向かって突出して延び出る部分を有する星型形状１６ｂ、等を含む。ただし、ゲート部１６の断面形状は、図２や図３に示す形状に限るものではない。
【００１７】
上記の成形品１０の製造方法、および成形品１０の製造装置１７において、金型１５の、ゲート部１６に対向する部位に、ゲート部１６に向かって突出する突起２２が設けられており、突起２２の、突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状は、円形以外で、ゲート部１６からキャビティ１２に流入して突起２２に当たる流動性材料１１を成形品１０の末端部２１（キャビティ１２の、ゲート部１６から最も遠い末端部２１）に優先的に流す形状としてある。                                                                
【００１８】
流動性材料１１を成形品１０の末端部２１（キャビティ１２の、ゲート部１６から最も遠い末端部２１）に優先的に流す突起２２の、突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状は、図５に示すように、成形品１０の外形が矩形の場合、突起２２の中心２０から突起２２の外郭形状までの距離が、成形品１０の矩形の４隅に向かう方向Ａにおいて最小となり、成形品１０の矩形の４辺の中間点に向かう方向Ｂにおいて最小とな大となる星型形状２２ａからなる。
【００１９】
上記の成形品１０の製造方法、および成形品１０の製造装置１７において、ゲート部１６のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た流路断面形状が、円形以外で、流動性材料１１を成形品１０の末端部２１（キャビティ１２の、ゲート部１６から最も遠い末端部２１）に優先的に流す形状とされており、かつ、金型１５の、ゲート部１６に対向する部位に、ゲート部１６に向かって突出する突起２２が設けられており、突起２２の、突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状は、円形以外で、ゲート部１６からキャビティ１２に流入して突起２２に当たる流動性材料１１を成形品１０の末端部２１（キャビティ１２の、ゲート部１６から最も遠い末端部２１）に優先的に流す形状としてもよい。
【００２０】
つぎに、本発明の成形品１０の製造方法、および成形品１０の製造装置１７の作用を説明する。
本発明の成形品１０の製造方法、および成形品１０の製造装置１７において、ゲート部１６のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料を成形品１０の末端部２１に優先的に流す形状１６ａ、１６ｂとした場合は、射出成形またはトランスファ成形において、成形用キャビティ１２の末端部２１にも流動性材料１１を優先的に流すことができ、成形用キャビティ１２の末端部２１にも流動性材料１１を充填することができる。これによって、成形品の末端部２１に巣や材料の充填不良が生じることを防止することができる。成形品１０が燃料電池用カーボンセパレータの場合、材料の充填不良によるガス、冷媒の混合や、流路間リブの材料充填不良のよるＭＥＡの押圧力の低下、接触不良、発電不良、等が起こることを防止することができる。
【００２１】
本発明の成形品１０の製造方法、および成形品１０の製造装置１７において、金型１５の、ゲート部１６に対向する部位に、ゲート部１６に向かって突出する突起２２を設けておき、突起２２の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、ゲート部１６からキャビティ１２に流入して突起２２に当たる流動性材料１１を成形品の末端部２１に優先的に流す形状２２ａとした場合は、成形用キャビティ１２の末端部２１にも流動性材料１１を優先的に、かつ、円滑に流すことができ、成形用キャビティ１２の末端部２１にも流動性材料１１を充填することができる。
【００２２】
本発明の成形品１０の製造方法、および成形品１０の製造装置１７において、（イ）ゲート部１６のゲート部軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、流動性材料を成形品１０の末端部２１に優先的に流す形状１６ａ、１６ｂとし、かつ、（ロ）金型１５の、ゲート部１６に対向する部位に、ゲート部１６に向かって突出する突起２２を設けておき、突起２２の突起軸芯と直交する面で切断して見た断面形状を、円形以外で、ゲート部１６からキャビティ１２に流入して突起２２に当たる流動性材料１１を成形品の末端部２１に優先的に流す形状２２ａとした場合は、（イ）、（ロ）単独の場合よりも一層、成形用キャビティ１２の末端部２１にも流動性材料１１を優先的に、かつ、円滑に流すことができ、成形用キャビティ１２の末端部２１にも流動性材料１１を充填することができる。
【００２３】
成形品１０が燃料電池用カーボンセパレータ１０である場合は、ほぼ矩形状セパレータ１０の末端部２１（４隅のコーナ部）まで流動性材料１１が充填され固化されたカーボンセパレータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の成形品の製造方法を実施する、本発明の成形品の製造装置の、非円形ゲート部を有する場合の、概略断面図である。
【図２】本発明の成形品の製造方法を実施する、本発明の成形品の製造装置の、非円形ゲート部を有する場合の、キャビティとゲート部での、一例の正面図である。
【図３】本発明の成形品の製造方法を実施する、本発明の成形品の製造装置の、非円形ゲート部を有する場合の、キャビティとゲート部での、もう一例（図２の例とは別の例）の正面図である。
【図４】本発明の成形品の製造方法を実施する、本発明の成形品の製造装置の、非円形突起を有する場合の、概略断面図である。
【図５】本発明の成形品の製造方法を実施する、本発明の成形品の製造装置の、非円形突起を有する場合の、キャビティと突起での、一例の正面図である。
【図６】本発明の成形品の製造方法を実施する、本発明の成形品の製造装置の、（イ）セパレータを４つ格子状に配置した場合（多数個取りの場合）の成形品と、（ロ）それを分割した複数のセパレータの正面図である。
【図７】本発明の成形品の製造方法を実施する、本発明の成形品の製造装置の、（イ）１つのセパレータからなる成形品と、（ロ）ゲート部を除去したセパレータの正面図である。
【図８】従来の成形品の製造方法における成形品と断面円形ゲート部の、概略正面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  成形品（たとえば、固体高分子電解質型燃料電池用カーボンセパレータ）
１１  流動性材料（カーボンフィラーと樹脂の混合材料）
１２  キャビティ
１３  スクリュ
１４  ピストン
１５  金型
１６  ゲート部
１６ａ  ゲート部の矩形断面形状
１６ｂ  ゲート部の星型断面形状
１７  成形品の製造装置
１８  固定型
１９  可動型
２０  突起の中心
２１  末端部
２２  突起
２２ａ  星型断面形状
【図１】
2007223140.tif 000003
【図２】
2007223140.tif 000004
【図３】
2007223140.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007223140.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007223140.tif 000009
【図８】
2007223140.tif 000010