(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料により形成された微小部材を含有する樹脂により形成された燃料電池用のセパレータの製造方法であって、前記微小部材の含有量の異なる二種類の樹脂のうち該微小部材の含有量の少ない樹脂を型に射出成形する第１射出成形工程と、該射出成形された樹脂が内部に存在する状態で前記型を所定量開き、該所定量開いた型に前記二種類の樹脂のうち含有量の多い樹脂を射出成形する第２射出成形工程とを備える燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項２】
導電性材料により形成された微小部材を含有する樹脂により形成された燃料電池用のセパレータの製造方法であって、前記微小部材の含有量の異なる二種類の樹脂のうち該微小部材の含有量の多い樹脂を他方の樹脂に比して流動性が高くなるよう該二種類の樹脂を調製する樹脂調製工程と、前記流動性の高い樹脂を型に射出成形する第１射出成形工程と、該射出成形された型に前記他方の樹脂を射出成形する第２射出成形工程とを備える燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項３】
前記微小部材は、カーボン粒子である請求項１または２記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項４】
前記微小部材は、カーボン短繊維である請求項１または２記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【請求項５】
前記微小部材は、金属材料により形成されてなる請求項１または２記載の燃料電池用のセパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用のセパレータの製造方法に関し、詳しくは、導電性材料により形成された微小部材を含有する樹脂により形成された燃料電池用のセパレータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池用のセパレータとしては、鋼体材からなる炭素板の表面に膨張黒鉛の層を形成してなるものが提案されている（例えば、特開昭６２−２７２４６５号公報など）。このセパレータは、黒鉛炭素板などの炭素板を成形すると共に膨張黒鉛シートを成形し、成形した炭素板を膨張黒鉛シートで狭持した状態で１７０℃の温度で１０ＭＰａ程度の成形圧により成形されている。このように表面に導電性に優れた膨張黒鉛シートを圧着することにより十分な導電性を得るものとされており、鋼体材の炭素板を用いることにより十分な強度を得るものとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の炭素板の表面に膨張黒鉛シートを圧着してなるセパレータでは、製造工程が多いという問題があった。即ち炭素板と膨張黒鉛シートを別々に成形する必要があり、さらにこれらを圧着する必要もある。こうした多工程の製造は、コストの増加という問題をも引き起こす。
【０００４】
本発明の燃料電池用のセパレータの製造方法は、十分な導電性を有すると共に十分な強度を有するセパレータを簡易に製造することを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池用のセパレータの製造方法は、十分な導電性を有すると共に十分な強度を有するセパレータを安価に製造することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池用のセパレータの製造方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明の第１の燃料電池用のセパレータの製造方法は、
導電性材料により形成された微小部材を含有する樹脂により形成された燃料電池用のセパレータの製造方法であって、
前記微小部材の含有量の異なる二種類の樹脂のうち該微小部材の含有量の少ない樹脂を型に射出成形する第１射出成形工程と、
該射出成形された樹脂が内部に存在する状態で前記型を所定量開き、該所定量開いた型に前記二種類の樹脂のうち含有量の多い樹脂を射出成形する第２射出成形工程と
を備えることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第１の燃料電池のセパレータの製造方法では、第１射出成形工程で射出成形された樹脂が内部に存在する状態でその型を所定量開き、この所定量開いた型に二種類の樹脂のうち含有量の多い樹脂を射出成形することにより、内部は微小部材の含有量が少ない樹脂により形成され、外表面は微小部材の含有量が多い樹脂により形成されたセパレータ、即ち十分な導電性と十分な強度とを有するセパレータを製造することができる。しかも第１射出成形工程の後に型を所定量開いた状態で射出成形を行なうだけでよいから、簡易に前述のセパレータを製造することができる。また、微小部材を含有させた樹脂により形成するから、セパレータを安価に製造することができる。なお、「微小部材」の意については本発明の燃料電池用のセパレータと同意である。
【００１２】
本発明の第２の燃料電池用のセパレータの製造方法は、
導電性材料により形成された微小部材を含有する樹脂により形成された燃料電池用のセパレータの製造方法であって、
前記微小部材の含有量の異なる二種類の樹脂のうち該微小部材の含有量の多い樹脂を他方の樹脂に比して流動性が高くなるよう該二種類の樹脂を調製する樹脂調製工程と、
前記流動性の高い樹脂を型に射出成形する第１射出成形工程と、
該射出成形された型に前記他方の樹脂を射出成形する第２射出成形工程と
を備えることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の第２の燃料電池用のセパレータの製造方法では、流動性の高い微小部材を多く含有する樹脂を射出成形することにより、この樹脂を型の表面にへばり付かせ、この状態の型に流動性の低い微小部材を少なく含有する樹脂を射出成形することにより型の中心部を形成することができる。即ち微小部材を多く含有する樹脂により外表面が成形され、微小部材を少なく含有する樹脂により中心部が成形されたセパレータ、即ち十分な導電性と十分な強度とを有するセパレータを製造することができる。しかも、二種類の樹脂を調製し、型に順番に射出成形するだけでよいから、簡易に前述のセパレータを製造することができる。また、微小部材を含有させた樹脂により形成するから、セパレータを安価に製造することができる。なお、「微小部材」の意については本発明の燃料電池用のセパレータと同意である。
【００１４】
こうした本発明の第１または第２の燃料電池用のセパレータの製造方法において、前記微小部材はカーボン粒子であるものとすることもできるし、前記微小部材はカーボン短繊維であるものとすることもできる。また、前記微小部材は、金属材料により形成されてなるものとすることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である燃料電池用のセパレータの製造方法によって製造されるセパレータ３０を備える燃料電池を構成する単電池２１の構成の概略を示す構成図である。燃料電池は、単電池２１を複数積層して構成される固体高分子型燃料電池である。図示するように、単電池２１は、フッ素系樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である電解質膜２２と、白金または白金と他の金属からなる合金の触媒が練り込められたカーボンクロスにより形成され触媒が練り込められた面で電解質膜２２を挟持してサンドイッチ構造を構成するガス拡散電極としてのアノード２３およびカソード２４と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノード２３およびカソード２４とで燃料ガスや酸化ガスの流路３６，３８を形成すると共に隣接する単電池２１との間の隔壁をなす２つのセパレータ３０とにより構成されている。
【００１６】
セパレータ３０は、カーボンを１０ｗｔ％未満好ましくは数％程度の割合で含有する樹脂により形成された芯層部３２と、カーボンを１０ｗｔ％以上好ましくは２０ｗｔ％以上の割合で含有する芯層部３２と同一の樹脂により形成された外層部３４とから構成されている。カーボンとしては、μｍオーダー以下の微粒子やｍｍオーダー以下の粒子，μｍオーダーの短繊維など種々のものを用いることができる。また、樹脂としては、ポリプロピレンやポリエチレン，ポリブチレン，ポリアミド，ポリオキシメチレン，ポリスチレン，ポリフェニレンサルファイト，ポリエチレンテレフタレートなどの種々の樹脂を用いることができる。この芯層部３２と外層部３４との接合部分は、図１では理解を容易にするために模式的に明確に記載してあるが、樹脂の融点以上の温度で接合されているから、その境目は明確ではなく、相溶して混じり合っている。なお、実施例では、芯層部３２と外層部３４とを同一の樹脂を用いて形成するものとしたが、相溶可能な樹脂であれば、異なる樹脂を用いてもよい。
【００１７】
このように、セパレータ３０では、カーボン含有量の多い樹脂で外層部３４を形成することにより、外層部３４において良好な導電性を確保し、カーボン含有量の少ない樹脂で芯層部３２を形成することにより、セパレータ３０としての十分な強度を得ている。
【００１８】
次に、こうしたセパレータ３０の製造の様子について説明する。図２は、セパレータ３０の製造の様子の一例を示す製造工程図である。工程図に示すように、セパレータ３０の製造は、まず芯層部３２を形成するためのカーボン含有量の少ないカーボンプア樹脂と外層部３４を形成するためのカーボン含有量の多いカーボンリッチ樹脂を調製する工程から始まる（工程Ｓ１００）。カーボンの含有率やカーボンの種類，樹脂の種類については前述した。
【００１９】
こうして調製した二種類の樹脂のうちカーボンプア樹脂でセパレータ３０を形成するための型を用いて芯層部３２を射出成形する（工程Ｓ１１０）。射出成形に用いる型は、製造の目的とするセパレータ３０のサイズより若干小さく形成されている。続いて、射出成形されたカーボンプア樹脂を中央に保持した状態で型を少し開いて或いは少しずらして目的とするセパレータ３０のサイズに調製し（工程Ｓ１２０）、この型に対して工程Ｓ１００で調製したカーボンリッチ樹脂により外層部３４を射出成形する（工程Ｓ１３０）。カーボンリッチ樹脂は、カーボンプア樹脂により形成された芯層部３２と型との隙間に対して射出成形されることになるから、カーボンリッチ樹脂がカーボンプア樹脂により形成された芯層部３２の外表面に層を成して形成され、外層部３４となる。なお、カーボンリッチ樹脂の射出成形は、樹脂の融点以上の温度で行なわれるから、芯層部３２の外表面は溶けてカーボンリッチ樹脂と混じり合い、一体となる。なお、こうした一つの型を用いて二回射出成形する技術は、二層成形として知られている。
【００２０】
以上説明したセパレータ３０によれば、カーボン含有量の多い樹脂でその外表面を形成することにより高い導電性を確保することができる。また、カーボン含有量の少ない樹脂でその芯層部３２を形成することにより十分な物理的な強度を確保することができる。
【００２１】
実施例のセパレータ３０の製造方法によれば、二層成形の技術を用いることにより、内部がカーボン含有量が少なくその外表面はカーボン含有量が多いセパレータ３０を容易に製造することができる。しかも、カーボンリッチ樹脂の射出成形が樹脂の融点以上の温度で行なわれるから、芯層部３２と外層部３４とを容易に一体のものとすることができる。したがって、芯層部３２と外層部３４とを接着する工程を必要としない。このように二種類の樹脂により容易にセパレータ３０を成形できるから、セパレータ３０の製造コストを低くすることができる。
【００２２】
次に、セパレータ３０の製造方法として、上述した方法と異なる方法（第２の製造方法）について説明する。図３は、セパレータ３０の第２の製造の様子の一例を示す製造工程図である。セパレータ３０の第２の製造方法では、まず芯層部３２を形成するためのカーボン含有量が少なく流動性の低いローフロー樹脂と外層部３４を形成するためのカーボン含有量が多い流動性の高いハイフロー樹脂を調製する工程を行なう（工程Ｓ２００）。流動性を低くするか高くするかは、樹脂の分子量を調節することにより行なう。即ち、ローフロー樹脂では分子量を高く調節し、ハイフロー樹脂では分子量を低く調節するのである。なお、カーボンの含有率やカーボンの種類，樹脂の種類については前述したもの同じである。
【００２３】
こうして調製した二種類の樹脂のうち、ハイフロー樹脂でセパレータ３０を形成するための型を用いて射出成形する（工程Ｓ２１０）。射出成形に用いる型は、前述の製造方法とは異なり、製造の目的とするセパレータ３０のサイズである。ハイフロー樹脂による射出成形に引き続いて、ハイフロー樹脂がまだ固まらないうちにローフロー樹脂により射出成形する（工程Ｓ２２０）。このようにローフロー樹脂を射出成形すると、型の表面にはハイフロー樹脂がへばりついているが、中心部はローフロー樹脂に置き換わる。勿論、ローフロー樹脂の射出成形は、融点以上の温度で行なわれ、ハイフロー樹脂が固まらないうちに行なわれるから、ローフロー樹脂とハイフロー樹脂との接合部は相溶して一体のものとなる。
【００２４】
以上説明した実施例のセパレータ３０の第２の製造方法でも、内部がカーボン含有量が少なくその外表面はカーボン含有量が多いセパレータ３０を容易に製造することができる。しかも、ローフロー樹脂の射出成形がハイフロー樹脂がまだ固まらないうちに行なわれるから、芯層部３２と外層部３４とを容易に一体のものとすることができる。したがって、芯層部３２と外層部３４とを接着する工程を必要としない。このように二種類の樹脂により容易にセパレータ３０を成形できるから、セパレータ３０の製造コストを低くすることができる。
【００２５】
実施例のセパレータ３０の製造方法では、樹脂にカーボンを含有させたが、導電性と強度とを確保する目的であるから、カーボンに代えて、導電性を有する材料であれば如何なる材料を用いるものとしてもよい。例えば、金属粉や金属ファイバーなどを用いるものとしてもよい。
【００２６】
セパレータ３０では、固体高分子型燃料電池に用いるセパレータとして説明したが、樹脂の融点以下の温度で動作可能な燃料電池であれば如何なる燃料電池に用いるものとしてもよい。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である燃料電池用のセパレータの製造方法によって製造されるセパレータ３０を備える燃料電池を構成する単電池２１の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  セパレータ３０の第１の製造の様子の一例を示す製造工程図である。
【図３】  セパレータ３０の第２の製造の様子の一例を示す製造工程図である。
【符号の説明】
２１  単電池、２２  電解質膜、２３  アノード、２４  カソード、３０  セパレータ、３２  芯層部、３４  外層部、３６，３８  流路。
【図１】
0004232273.tif 000002
【図２】
0004232273.tif 000003
【図３】
0004232273.tif 000004