(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを有する金型と、成形時に上記キャビティの内壁面から突出するように上記金型に設けられ、成形後に上記キャビティ内へ変位されることにより上記金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、複数の溝状の流体流路が並列に形成されている燃料電池用セパレータにおいて、上記イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、互いに隣接する上記流体流路間の畝部に設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
キャビティを有する金型と、成形時に上記キャビティの内壁面から突出するように上記金型に設けられ、成形後に上記キャビティ内へ変位されることにより上記金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、Ｕターン部を有する溝状の流体流路が形成されている燃料電池用セパレータにおいて、上記イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、上記Ｕターン部の内側に位置する畝部の端部に設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
キャビティを有する金型と、成形時に上記キャビティの内壁面から突出するように上記金型に設けられ、成形後に上記キャビティ内へ変位されることにより上記金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、燃料電池積層体を締め付ける締付ボルトが挿通されるボルト貫通孔が設けられている燃料電池用セパレータにおいて、上記イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、上記ボルト貫通孔の周縁部の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
キャビティを有する金型と、成形時に上記キャビティの内壁面から突出するように上記金型に設けられ、成形後に上記キャビティ内へ変位されることにより上記金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、貫通孔状のマニホールドが設けられている燃料電池用セパレータにおいて、上記イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、上記マニホールドの周縁部の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば固体高分子形燃料電池に用いられ、成形装置によりモールド成形される燃料電池用セパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料電池に使用されるセパレータを成形法によって製作する場合、例えば特開２０００−３３４７６０号公報及び特開２０００−３３４７８６号公報に示されるような圧縮成形法又は射出成形法が用いられる。
【０００３】
図５は従来の成形装置の一例を示す断面図である。金型は、下金型１と、この下金型１に組み合わされる上金型２とを有している。下金型１には、キャビティ１ａと凹部１ｂとが設けられている。凹部１ｂ内には、油圧アクチュエータ（図示せず）により上下動される可動板３が配置されている。
【０００４】
可動板３には、複数本のイジェクトピン４が立設されている。イジェクトピン４の先端部は、下金型１を貫通してキャビティ１ａの内壁面から突出している。下金型１と可動板３との間には、複数のコイルばね５が配置されている。
【０００５】
図５に示した成形装置によりセパレータをモールド成形する場合、下金型１と上金型２とが組み合わされ、溶融したモールド材料がキャビティ１ａ内に流し込まれる。そして、モールド材料が硬化した後、上金型２が取り外され、コイルばね５に逆らって可動板３が上動される。これにより、イジェクトピン４がキャビティ１ａ内へ変位され、下金型１から成形物が押し出される。これは射出成形の場合の成形手順であるが、圧縮成形の場合もモールド材料の硬化後の取り出し方法は同様である。
【０００６】
成形後のセパレータに不要な突出部があると、後加工にて突出部を削り取る必要がありコストがかかる。このため、成形されたセパレータに突出部が生じないように、イジェクトピン４の位置は、成形時にキャビティ１ａの内壁面から僅かに突出するように設定されている。従って、成形されたセパレータには、窪み状のイジェクトピン跡が残る。
【０００７】
図６は従来の燃料電池用セパレータの一例を示す平面図である。平板状のセパレータ６には、一対の燃料ガスマニホールド７、一対の酸化剤ガスマニホールド８、及び一対の冷却水マニホールド９が設けられている。これらのマニホールド７〜９は、セパレータ６を貫通する貫通孔である。
【０００８】
セパレータ６の一方の面には、一対の燃料ガスマニホールド７間を接続する複数の溝状の流体流路である燃料ガス流路１０が並列に形成されている。セパレータ６の外周部近傍には、燃料電池積層体（図示せず）を締め付ける締付ボルトが挿通される複数のボルト貫通孔１１が設けられている。また、セパレータ６の外周部近傍、及び燃料ガスマニホールド７と燃料ガス流路１０との間には、複数のイジェクトピン跡１２が設けられている。
【０００９】
イジェクトピン跡１２は、直径２ｍｍの円形である。また、ボルト貫通孔１１は、燃料ガス流路１０から３ｍｍの位置にあり、セパレータ６の外周部からも３ｍｍの位置にある。
【００１０】
図７は図６のセパレータ６を有する単セルの部分断面図である。セパレータ６の他方の面には、一対の冷却水マニホールド９間を接続する複数の溝状の流体流路である冷却水流路１３が並列に形成されている。固体高分子膜１４の両面の外周部には、絶縁枠１５が接合されている。また、固体高分子膜１４の両面には、白金を主とする触媒を介在するガス透過性のカーボンペーパ１６が接合されている。
【００１１】
固体高分子膜１４及びカーボンペーパ１６の積層体は、セパレータ６，１７間に介在されている。セパレータ６は、燃料ガス流路１０が一方のカーボンペーパ１０と接触するように配置されている。セパレータ１７には、セパレータ６と同様に、一対の燃料ガスマニホールド、一対の酸化剤ガスマニホールド、一対の冷却水マニホールド、ボルト貫通孔１１及びイジェクトピン跡１２が設けられている。
【００１２】
また、セパレータ１７には、一対の酸化剤ガスマニホールド８間を接続する複数の溝状の流体流路である酸化剤ガス流路（空気流路）１８が並列に形成されている。セパレータ１７は、酸化剤ガス流路１８が他方のカーボンペーパ１０と接触するように配置されている。絶縁枠１５とセパレータ６，１７との間には、それぞれシール部材１９が介在されている。シール部材１９は、例えば板状のゴムにより構成されている。燃料電池積層体は、複数の単セルを積層し締付ボルトで締め付けることにより構成される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の燃料電池用セパレータ６，１７では、イジェクトピン跡１２が外周部近傍に配置されているため、イジェクトピン跡１２の窪みにシール部材１９が沈み込み、シール性能が低下する恐れがあった。シール性能が低下すると、燃料ガスが外部に漏れたり、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合されたりする恐れがあった。このため、燃料ガス流路１０と酸化剤ガスマニホールド８との間の距離や、酸化剤ガスマニホールド８とセパレータ６，１７の外周部との間の距離を大きくする必要があり、セパレータ６，１７の小形化の妨げとなっていた。
【００１４】
ガス漏れ防止に必要なイジェクトピン跡１２と燃料ガス流路１０や各マニホールド７〜９との距離は、２ｍｍ以上であることを実験で確認した。従って、燃料ガス流路１０と酸化剤ガスマニホールド８との間に直径２ｍｍのイジェクトピン跡１２を設ける場合、燃料ガス流路１０と酸化剤ガスマニホールド８との間の距離は最低６ｍｍ必要である。また、酸化剤ガスマニホールド８とセパレータ６の外周部との間に直径２ｍｍのイジェクトピン跡１２を設ける場合、酸化剤ガスマニホールド８とセパレータ６の外周部との間の距離は最低６ｍｍ必要である。
【００１５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、シール性能の低下を防止し、コンパクト化を図ることができる燃料電池用セパレータを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料電池用セパレータは、キャビティを有する金型と、成形時にキャビティの内壁面から突出するように金型に設けられ、成形後にキャビティ内へ変位されることにより金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、複数の溝状の流体流路が並列に形成されているものにおいて、イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、互いに隣接する流体流路間の畝部に設けられているものである。
【００１７】
また、この発明に係る燃料電池用セパレータは、キャビティを有する金型と、成形時にキャビティの内壁面から突出するように金型に設けられ、成形後にキャビティ内へ変位されることにより金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、Ｕターン部を有する溝状の流体流路が形成されているものにおいて、イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、Ｕターン部の内側に位置する畝部の端部に設けられているものである。
【００１８】
さらに、この発明に係る燃料電池用セパレータは、キャビティを有する金型と、成形時にキャビティの内壁面から突出するように金型に設けられ、成形後にキャビティ内へ変位されることにより金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、燃料電池積層体を締め付ける締付ボルトが挿通されるボルト貫通孔が設けられているものにおいて、イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、ボルト貫通孔の周縁部の少なくとも一部に設けられているものである。
【００１９】
さらにまた、この発明に係る燃料電池用セパレータは、キャビティを有する金型と、成形時にキャビティの内壁面から突出するように金型に設けられ、成形後にキャビティ内へ変位されることにより金型から成形物を押し出すイジェクトピンとを備えた成形装置によりモールド成形され、貫通孔状のマニホールドが設けられているものにおいて、イジェクトピンの先端部による窪み状のイジェクトピン跡が、マニホールドの周縁部の少なくとも一部に設けられているものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１はこの発明の実施の形態の一例による燃料電池用セパレータを示す平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００２１】
図において、平板状のセパレータ６には、一対の燃料ガスマニホールド７、一対の酸化剤ガスマニホールド８、及び一対の冷却水マニホールド９が設けられている。これらのマニホールド７〜９は、セパレータ６を貫通する貫通孔である。
【００２２】
セパレータ６の一方の面には、一対の燃料ガスマニホールド７間を接続する複数の溝状の流体流路である燃料ガス流路１０が並列に形成されている。互いに隣接する燃料ガス流路１０間には、畝部１０ａが形成されている。燃料ガス流路１０は、複数のＵターン部（折り返し部）１０ｂを有し、蛇行するように配置されている。セパレータ６の外周部近傍には、燃料電池積層体（図示せず）を締め付ける締付ボルトが挿通される複数のボルト貫通孔１１が設けられている。
【００２３】
セパレータ６には、イジェクトピン４（図５）の先端部による窪み状の第１ないし第５のイジェクトピン跡２１〜２５が設けられている。第１のイジェクトピン跡２１は、互いに隣接する２本の燃料ガス流路１０にかかるように畝部１０ａに設けられている。
【００２４】
第２のイジェクトピン跡２２は、互いに隣接する３本の燃料ガス流路１０にかかるように畝部１０ａに設けられている。第２のイジェクトピン跡２２は、第１のイジェクトピン跡２１に対応するイジェクトピン４よりも大径のイジェクトピン４により形成されている。第３のイジェクトピン跡２３は、Ｕターン部１０ｂの内側に位置する畝部１０ａの端部に設けられている。
【００２５】
第４のイジェクトピン跡２４は、ボルト貫通孔１１の周縁部に設けられている。即ち、第４のイジェクトピン跡２４は、ボルト貫通孔１１よりも大径のイジェクトピン４により形成されている。
【００２６】
第５のイジェクトピン跡２５は、冷却水マニホールド９の周縁部に設けられている。即ち、第５のイジェクトピン跡２５は、冷却水マニホールド９よりも幅寸法の大きいイジェクトピン４により形成されている。
【００２７】
なお、この実施の形態では、第１ないし第５のイジェクトピン跡２１〜２５を１枚のセパレータ６に形成しているが、実際には、これら第１ないし第５のイジェクトピン跡２１〜２５のうちの１つを選択して形成するか、又は２つ以上を選択し組み合わせて形成すればよい。
【００２８】
また、セパレータ６をモールド成形するための成形装置には、イジェクトピン跡２１〜２５に対応した位置にイジェクトピン４が配置されているのは言うまでもない。即ち、本実施の形態によるセパレータ製造用成形装置におけるイジェクトピン４の位置は、従来例に示した成形装置とは異なっている。
【００２９】
このような燃料電池用セパレータ６では、畝部１０ａに第１及び第２のイジェクトピン跡２１，２２が設けられているので、第１及び第２のイジェクトピン跡２１，２２とシール部材１９（図７）とが重ならず、シール性能の低下が防止される。これにより、セパレータ６の面積を小さくしてコンパクト化を図ることができる。
【００３０】
また、第１及び第２のイジェクトピン跡２１，２２は、複数の燃料ガス流路１０にかかるように設けられているので、万一燃料ガス流路１０の１つに目詰まりが生じた場合に、目詰まりした燃料ガス流路１０にイジェクトピン跡２１，２２を通して燃料ガスを供給することができる。また、燃料ガスのアンバランスな消費を解消することが可能であり、消費率の高い燃料ガス流路１０の下流における燃料ガス欠乏を解消することもできる。
【００３１】
さらに、Ｕターン部１０ｂの内側に位置する畝部１０ａの端部に第３のイジェクトピン跡２３を設けたので、第３のイジェクトピン跡２３とシール部材１９とが重ならず、シール性能の低下が防止される。これにより、セパレータ６の面積を小さくしてコンパクト化を図ることができる。また、燃料ガス流路１０を流れる燃料ガスが他の燃料ガス流路１０に分流されることがない。さらに、イジェクトピン跡２３の面積は僅かであるため、カーボンペーパ１６との接触面積を大きく減少することはなく、発電性能が損なわれることはない。
【００３２】
さらにまた、ボルト貫通孔１１の周縁部に第４のイジェクトピン跡２４を設けたので、第４のイジェクトピン跡２４とシール部材１９とが重ならず、シール性能の低下が防止される。これにより、セパレータ６の面積を小さくしてコンパクト化を図ることができる。例えば、第４のイジェクトピン跡２４の半径を、ボルト貫通孔１１の半径よりも１ｍｍ大きく設定すれば、第４のイジェクトピン跡２４と燃料ガス流路１０との間の距離を２ｍｍ以上容易に確保することができる。
【００３３】
また、冷却水マニホールド９の周縁部に第５のイジェクトピン跡２５を設けたので、第５のイジェクトピン跡２５とシール部材１９とが重ならず、シール性能の低下が防止される。これにより、セパレータ６の面積を小さくしてコンパクト化を図ることができる。
【００３４】
例えば、第５のイジェクトピン跡２５の幅を冷却水マニホールド９より両側に１ｍｍずつ広げた場合、冷却水マニホールド９と燃料ガス流路１０との間の距離を最低３ｍｍ確保すれば、第５のイジェクトピン跡２５と燃料ガス流路１０との間の距離をガス漏れ防止に必要な２ｍｍ以上確保することができる。同様に、セパレータ６の外周部と冷却水マニホールド９との間の距離も最低３ｍｍでよいことになる。
【００３５】
なお、上記の例では、冷却水マニホールドの周縁部に第５のイジェクトピン跡２５を設けたが、燃料ガスマニホールド７又は酸化剤ガスマニホールド８の周縁部にイジェクトピン跡を設けてもよい。また、ボルト貫通孔１１と同様に外縁部全てにイジェクトピン跡を設けてもよい。
【００３６】
また、上記の例では、セパレータ６の燃料ガス流路１０が形成された面にイジェクトピン跡２１〜２５を設けたが、冷却水流路が形成された面にイジェクトピン跡を設けてもよい。
【００３７】
さらに、上記の例では、燃料ガス流路１０が形成されたセパレータ６にイジェクトピン跡２１〜２５を設けたが、酸化剤ガス流路（空気流路）が形成されたセパレータについても、酸化剤ガス流路の畝部、Ｕターン部の内側、ボルト貫通孔の周縁部、又はマニホールドの周縁部にイジェクトピン跡を設けることにより、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
さらにまた、上記の例では、固体高分子形燃料電池のセパレータについて説明したが、モールド成形されるものであれば、他の種類の燃料電池のセパレータにもこの発明は適用できる。
【００３９】
また、セパレータの構成材料としては、例えばカーボン又は樹脂を用いることができる。カーボン材料としては、例えば天然黒鉛又は人工黒鉛等の黒鉛、ＰＡＮ系カーボン繊維又はピッチ系カーボン繊維等のカーボン繊維、若しくはファーネスブラック、アセチレンブラック又はサーマルブラック等のカーボンブラックを用いることができる。樹脂材料としては、例えばフェノール樹脂又はエポキシ樹脂等の圧縮成形材料である熱硬化性樹脂、若しくはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の射出成形材料である熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の燃料電池用セパレータは、イジェクトピンの先端部によるイジェクトピン跡が、互いに隣接する流体流路間の畝部に設けられているので、シール性能の低下を防止し、コンパクト化を図ることができる。
また、この発明の燃料電池用セパレータは、イジェクトピンの先端部によるイジェクトピン跡が、Ｕターン部の内側に位置する畝部の端部に設けられているので、シール性能の低下を防止し、コンパクト化を図ることができる。
さらに、この発明の燃料電池用セパレータは、イジェクトピンの先端部によるイジェクトピン跡が、ボルト貫通孔の周縁部に設けられているので、シール性能の低下を防止し、コンパクト化を図ることができる。
さらにまた、この発明の燃料電池用セパレータは、イジェクトピンの先端部によるイジェクトピン跡が、マニホールドの周縁部に設けられていので、シール性能の低下を防止し、コンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態の一例による燃料電池用セパレータを示す平面図である。
【図２】  図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】  図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】  図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】  従来の成形装置の一例を示す断面図である。
【図６】  従来の燃料電池用セパレータの一例を示す平面図である。
【図７】  図６のセパレータを有する単セルの部分断面図である。
【符号の説明】
１  下金型、１ａ  キャビティ、２  上金型、４  イジェクトピン、６  セパレータ、７  燃料ガスマニホールド、８  酸化剤ガスマニホールド、９  冷却水マニホールド、１０  燃料ガス流路（流体流路）、１０ａ  畝部、１０ｂ  Ｕターン部、１１  ボルト貫通孔、２１  第１のイジェクトピン跡、２２  第２のイジェクトピン跡、２３  第３のイジェクトピン跡、２４  第４のイジェクトピン跡、２５  第５のイジェクトピン跡。
【図１】
0003933993.tif 000002
【図２】
0003933993.tif 000003
【図３】
0003933993.tif 000004
【図４】
0003933993.tif 000005
【図５】
0003933993.tif 000006
【図６】
0003933993.tif 000007
【図７】
0003933993.tif 000008