CN1624953A - 燃料电池隔板用模具、燃料电池隔板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池隔板用模具，是成型燃料电池隔板的燃料电池隔板用模具，具有：用于成型向配置在电解质两面的一对电极中的一方供给氧化剂气体的氧化剂气体流路(13)或用于成型向一对电极中的另一方供给燃料气体的燃料气体流路(11)或用于成型进行冷却的冷却水流路(4)的第一流路成型部(22、23)、以及在该第一流路成型部(22、23)或其附近至少一处设置的注射成型材料注入口(21)。

Description

燃料电池隔板用模具、燃料电池隔板及其制造方法
技术领域
本发明涉及在便携式电源、电动汽车用电源、家庭内热电联供系统(cogeneration)等中使用的燃料电池隔板、燃料电池、燃料电池隔板的制造方法、燃料电池隔板的制造装置及其制造所用模具。
背景技术
使用固体分子电解质的燃料电池是，通过使含有氢的燃料气体和空气等含有氧的燃料气体发生电化学反应，同时产生电能与热的装置。这种燃料电池的结构如下。
首先，在选择性地输送氢离子的高分子电解质膜两面形成催化剂反应层，该催化剂反应层是以担载了铂系金属催化剂的碳粉为主成分。
其次，在该催化剂反应层的外面形成兼有燃料气体通气性和电子导电性的扩散层，将该扩散层与催化剂反应层合起来作为电极。将该高分子电解质膜与电极的合起来称作MEA(电极电解质膜接合体)。
随后，在电极周围以夹持高分子电解质膜的方式配置气体密封材料或密封件，以使供给的燃料气体不能从MEA泄漏到外部且二种燃料气体不能相互混合。这种密封材料或密封件与电极及高分子电解质膜预先组装成一体。把这种组装成一体构件称为MESA(电极电解质密封材料接合体)。
隔板配置在该MESA的外侧。该隔板机械地固定MESA，同时，该隔板用于把邻接的MESA相互电气串联。在隔板的与MEA接触的部分中形成气体流路。该气体流路用于给电极面供应反应气体，并把生成气体或剩余气体或反应所产生的水输送出去。气体流路可以与隔板分别设置，但一般采用在隔板表面设置沟槽而形成气体流路的方式。
为了向设置在该隔板表面上的沟槽中供给燃料气体，必须要有管配件。也就是说，该管配件按使用隔板的张数把供应燃料气体的配管分支，把该分支前端直接连入隔板上的槽中。把该管配件称作岐管(manifold)。并且，把从上述燃料气体供给配管直接连入隔板上槽中的形式称为外部岐管。该岐管中还有结构更简单的、被称为内部岐管的结构。所谓内部岐管，是指贯通孔设置在形成气体流路的隔板上，气体流路出入口通至该孔，从该孔直接供给燃料气体。
由于燃料电池在运转中发热，为了把燃料电池维持在良好的温度状态，必须要用冷却水等对燃料电池进行冷却。通常，在燃料电池的每1～3个单电池中在隔板和隔板之间插入冷却水流过的冷却部。这时，在隔板背面设置冷却水流路而形成冷却部的情况多。这些MEA和隔板与冷却部相互重叠，层叠10～200单电池。随后，用插有集电板和绝缘板的端板夹持着MEA和隔板及冷却部的叠层体，用紧固螺钉从两端进行固定，构成一般的层叠电池结构。
在这种固体高分子电解质型燃料电池中，隔板必须具有以下(1)～(5)所述特性。即，(1)隔板的导电性高；且(2)隔板的气密性高；还有(3)隔板对氧化还原氢/氧时的反应必须具有高耐腐蚀性；此外(4)隔板必须具有能耐至少100℃的耐热性，这是由于电池运转温度一般在约100℃以下范围内运转之故；(5)隔板必须具有机械强度，这是由于若要降低MEA与隔板间接触电阻必须使面压至少在数kgf/cm2以上进行固定之故。
由于隔板必须具有上述(1)～(5)等特性，所以，以往隔板通常由玻璃状碳(glassy carbon)或膨胀性石墨等碳材料构成。并且，以往隔板的气体流路也通过切削隔板表面来制作，且隔板由膨胀性石墨构成的情况下，用模具成型制作气体流路。
最近，为了降低隔板的成本，也使用把石墨中混合树脂的混合物装入模具中通过压缩成型而制作的隔板。
另外，近年来，对石墨和树脂的混合物采用注射成型进行制作试验(例如，参照特开平11-339823号公报)。通过这种方法，可缩短制造间隔时间，可进一步降低成本。如果能采用这种方法，与压缩成型相比，用于制作隔板的制造设备可以是简便的连续设备。
另外，特开平11-339823号公报的文献的全部公开内容，通过原样引用(参照)，与本文成一体。
利用注射成型制作隔板的方法中，首先，作为隔板的材料使用石墨和热塑性树脂混合而成的混合物。其次，在注射成型机中熔融混炼该混合物，然后，把熔融混炼物从注射成型机射到模具中，形成隔板。提出有这种方法。
其中，由于隔板必须有高电子导电性，所以，采用提高混合物内的导电性填料比例的方法。此外，如果提高混合物内的导电性填料的比例的话，混合物的热传导率变高，并且用注射成型机注射时的熔融混合物流动性也变低，因此，成型性极端恶化。因此，产生填充不良、熔接(weld)部强度不足等问题。
另外，在利用注射成型成型以往的采用切削或压缩成型而制作的隔板时，采用以下手法及方法。也就是说，所谓手法，就是在隔板成型时把注射用材料从隔板用模具周边用膜状浇口(film gate)等进行填充的手法；所谓方法，也就是隔板的与MEA接触的流路部分形状被制作成与利用切削等制作隔板情况下的形状基本相同的形状的方法。
因此，在利用注射成型制作隔板时，特别是在隔板的复杂流路部位等处，材料向隔板用模具的填充差，且被填充在隔板用模具中的材料的均匀性差。并且，隔板材料因热传导率高而硬化早，在隔板用模具内易产生熔接部。因此，存在问题在于，在隔板流路周边部配置的岐管部强度降低，且气密性也降低等。这样利用注射成型制作隔板的情况下，存在所谓牺牲燃料电池性能的问题。另外，若要改善被填充到隔板用模具中的材料的流动性，必须要限制隔板的流路形状；若要弥补注射成型时的成型性降低，必须加厚隔板的厚度。但是，这种改善可能会导致电池性能的下降或层叠尺寸的大型化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能可靠地确保稳定的尺寸、气密性、电阻值的降低、和机械强度的燃料电池隔板用模具、燃料电池隔板及其制造方法和其制造装置以及高分子电解质燃料电池。
另外，本发明的目的还在于提供一种能提高可靠性、提高电池性能、大幅度降低批量生产时的成本的燃料电池隔板用模具、燃料电池隔板及其制造方法和其制造装置以及高分子电解质燃料电池。
为了解决上述问题，本发明之一是燃料电池隔板用模具，在成型燃料电池隔板的燃料电池隔板用模具中，具有第一流路成型部和注射成型材料注入口；该第一流路成型部用于成型向配置在电解质两面的一对电极的一方供给氧化剂气体的氧化剂气体流路、或用于成型向上述一对电极的另一方供给燃料气体的燃料气体流路、或者用于成型进行冷却的冷却水流路；所述注射成型材料注入口被设置在上述第一流路成型部或其附近的至少一处。
因此，由于从注入口注入的材料的粘性低，并且熔融材料的注入压力的传递也充分，所以，能确保流路构成部的成型性。而流路构成部以外部位比流路构成部的形状简单，即使通过了流路构成部的材料的熔融状态下，也能获得充分的成型性。
另外，本发明之二是根据本发明之一的燃料电池隔板用模具，在没有形成上述第一流路成型部的部位至少还具有第二流路成型部，该第二流路成型部是用于成型在上述氧化剂气体流路或上述燃料气体流路或上述冷却水流路中通过上述第一流路成型部所成型的流路以外的流路。
因此，使用为了获得与上述成型性对应的效果而构成的模具时，可以自由地设计燃料电池隔板所必要的各流路构成，且通过在模具中构成隔板所必要的在另一面应当构成的流路，能以高的生产率高效地生产模具。
另外，本发明之三是根据本发明之一的燃料电池隔板用模具，上述第一流路成型部具有多条平行的流路槽凸部；上述注射成型材料注入口形成至上述多条流路槽凸部。
因此，通过在多个凸部设置注入材料用的注入口部，能确保注入材料用的开口面积大，可以获得不受隔板形状限制的成型性。
另外，本发明之四是根据本发明之三的燃料电池隔板用模具，上述注射成型材料注入口被设置在由上述多个流路槽凸部成型的燃料电池隔板的多条流路槽的流通方向为同一方向的上述第一流路成型部上。
因此，不会妨碍应该沿着流路在隔板面内折回流动的流体的流动，能确保电池发电性能和规定的压力损失，能维持使用这种隔板的燃料电池系统的效率。
另外，本发明之五是根据本发明之一的燃料电池隔板用模具，在从由上述第一流路成型部成型的流路的入口延伸至出口的上述第一流路成型部的中央附近，形成上述注射成型材料注入口。
因此，成型时从注入口流向隔板周边的材料所受到的流路阻力在全方位是均匀的。所以，向隔板模具内的材料填充均匀化，还能缩短成型时间。另外，由于材料的流动距离在全方位上被均匀化，因此对于填充材料的放热面积也被均匀化。并且，因注入口部位于流路构成部的中央附近，处于最容易流动的状态(粘性低的状态)的熔融材料被注入到形成最大流路阻力的流路构成部，能够降低通过流路构成部时的流路阻力。其结果，能适当地提高模具内的材料所承受的成型性(提高表面粗槽度、提高熔接部的强度和材料填充性)、排气性、尺寸精度。此外，因流路阻力下降，不需要可高压成型的特殊成型机，所以设备投资降低，其结果具有成本降低的效果。此外，在具有可高压成型的设备的情况下，如果材料挤出压力相同，因流路阻力下降，因材料填充时间缩短而可缩短成型周期，提高生产性，可降低成本。
本发明之六是根据本发明之三的燃料电池隔板用模具，上述注射成型材料注入口被设置在上述氧化剂气体流路成型部或上述冷却水流路成型部。
其结果，容易确保构成注入材料用注入口所必要的空间，适合于设置注入材料用注入口。
另外，本发明之七是一种燃料电池隔板的制造方法，包括把材料从上述注射成型材料注入口注入进本发明之一的燃料电池隔板用模具内，然后进行注射成型的工序。
其结果，能精密地复制模具的精度，能提高尺寸精度。另外，能缩短每张隔板的生产时间，能提高生产性、降低成本、提高可信度、并维持稳定的电池性能。
另外，本发明之八是根据本发明之七的燃料电池隔板的制造方法，上述材料含有导电性填料和粘合剂树脂的混合物。
其结果，能表现出高的电气导电性。另外，也能提高机械强度。另外，对于粘合剂树脂，可以从耐热性、纯度的观点出发选择材料，并能根据使用温度范围、燃料电池用途，使用选定粘合剂树脂并将其混合后的材料。因能根据各种用途选定材料，能大幅度地降低成本。
另外，本发明之九是一种燃料电池隔板，形成有流路面和注射成型材料注入口痕迹；流路面形成了用于向配置在电解质两面的一对电极中的一方供给氧化剂气体的氧化剂气体流路，或者形成用于向上述一对电极中的另一方供给燃料气体的燃料气体流路，或者用于形成进行冷却的冷却水流路；至少一处注射成型材料注入口痕迹在上述流路面上的上述流路中或在其附近形成。
另外，本发明之十是使用本发明一～六中的任一燃料电池隔板用模具成型的燃料电池隔板。
另外，本发明之十一是利用本发明七或八的燃料电池隔板的制造方法成形的燃料电池隔板。
另外，本发明之十二是一种燃料电池，具有层叠的多个单电池；该层叠的多个单电池具有电解质膜、在上述电解质膜两面配置的一对气体扩散电极、从外侧夹持着上述一对气体扩散电极方式配置的一对隔板；其中上述隔板是本发明之九的燃料电池隔板。
另外，本发明之十三是一种燃料电池，具有层叠的多个单电池；该层叠的多个单电池具有电解质膜、在上述电解质膜两面配置的一对气体扩散电极、从外侧夹持着上述一对气体扩散电极方式配置的一对隔板；其中上述隔板是本发明之十的燃料电池隔板。
本发明之十四是一种燃料电池，具有层叠的多个单电池；该层叠的多个单电池具有电解质膜、在上述电解质膜两面配置的一对气体扩散电极、从外侧夹持着上述一对气体扩散电极方式配置的一对隔板；其中上述隔板是本发明之十一的燃料电池隔板。
使用这些隔板的燃料电池具有与使用各向同性石墨的切削隔板同等的电气导电性、机械强度、耐热性、纯度，部件精度等性能，而且因比使用各向同性石墨的切削隔板有韧性，因此耐冲击性优良。并能进行成型生产，因此不需要机械加工，能大幅度地降低成本，提高生产率。
另外，本发明之十五是一种燃料电池隔板的制造装置，具有本发明之一的燃料电池隔板用模具、用于向上述燃料电池隔板用模具的上述注射成型材料注入口注入注射成型材料的喷嘴、对将要被注入到上述注射成型材料注入口的上述注射成型材料进行加热的加热部。
根据本发明，可以提供能可靠地确保稳定的尺寸、气体密封性、电阻值的降低、和机械强度的燃料电池隔板用模具、燃料电池隔板及其制造方法和制造装置以及燃料电池。
另外，可以提供能提高可靠性，提高电池性能，并能在大量生产时大大降低成本的燃料电池隔板用模具、燃料电池隔板及其制造方法和其制造装置以及燃料电池。
根据本发明的制造方法，还能适当地制造隔板和燃料电池。
附图说明
图1(a)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(W/A)的冷却水流路形成侧的平面图，(b)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(W/A)的燃料气体流路形成侧的平面图；
图2(a)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/W)的氧化剂气体流路形成侧的平面图，(b)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/W)的冷却水流路形成侧的平面图；
图3(a)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)的氧化剂气体流路形成侧的平面图，(b)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)的燃料气体流路形成侧的平面图；
图4是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具和燃料电池隔板(W/A)的侧视图；
图5(a)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具的冷却水流路成型部的平面图，(b)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具的氧化剂气体流路成型部的平面图；
图6是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具和燃料电池隔板(W/A)的侧视图；
图7(a)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具的氧化剂气体流路成型部的平面图，(b)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具的冷却水流路成型部的平面图；
图8是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具和燃料电池隔板(W/A)的侧视图；
图9(a)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具的氧化剂气体流路成型部的平面图，(b)是本发明实施方式1的燃料电池隔板(C/A)用模具的燃料气体流路成型部的平面图；
图10是使用本发明实施方式1的燃料电池隔板的燃料电池的侧视图；
图11是使用本发明实施方式1的燃料电池隔板的电池组的侧视结构图；
图12(a)是本发明实施方式1的端部隔板(W/B)的冷却水流路形成侧的平面图，(b)是本发明实施方式1的端部隔板(W/B)的流路没有形成侧的平面图；
图13(a)是本发明实施方式1的端部隔板(B/W)的流路没有形成侧的平面图，(b)是本发明实施方式1的端部隔板(B/W)的冷却水流路形成侧的平面图；
图14是表示本发明实施方式1的燃料电池隔板的制造装置(注射成型机)构成的视图；
图15是本发明实施方式1的燃料电池隔板制造装置(注射成型机)的喷嘴和模具部的局部放大图；
图16(a)是本发明比较例1的燃料电池隔板(W/A)的冷却水流路形成侧的平面图，(b)是本发明比较例1的燃料电池隔板(W/A)的燃料气体流路形成侧的平面图；
图17是表示使用本发明实施方式1的燃料电池隔板的燃料电池和使用比较例1的燃料电池隔板的燃料电池的输出特性的图。
图中：1-隔板(W/A)，1a-隔板(W/A)的冷却水流路形成面，1b-隔板(W/A)的燃料气体流路形成面，2-隔板(C/W)，2a-隔板(C/W)的氧化剂气体流路形成面，2b-隔板(C/W)的冷却水流路形成面，3-隔板(C/A)，3a-隔板(C/A)的氧化剂气体流路形成面，3b-隔板(C/A)的燃料气体流路形成面，4-冷却水流路，5-冷却水入口岐管，6-冷却水出口岐管，7-燃料气体入口岐管，8-燃料气体出口岐管，9-氧化剂气体入口岐管，10-氧化剂气体出口岐管，11-燃料气体流路，12-注射成型材料注入口痕迹，13-氧化剂气体流路，20-模具，21-注射成型材料注入口，22-冷却水流路成型部，23-燃料气体流路成型部，24-岐管成型部。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
实施方式1
首先，对本发明实施方式1中的隔板结构进行说明。图1至图3是本发明实施方式1中三种燃料电池隔板的平面图。图1(a)是隔板(W/A)1的冷却水流路形成侧1a的平面图。图1(b)是隔板(W/A)1的燃料气体流路形成侧1b的平面图。
如图1(a)所示，本实施方式1中所示的隔板(W/A)1在面1a上具有冷却水流路4。在该冷却水流路4的周围，沿隔板(W/A)1的端周边形成有向冷却水流路4供给冷却水的冷却水入口岐管5和排出冷却水的冷却水出口岐管6。这些冷却水入口岐管5和冷却水出口岐管6是以对于实质上为正方形状的隔板(W/A)1的中心，实质上为点对称的方式配置。其中将设置有冷却水入口岐管5的隔板(W/A)1的端周边部作为端部1c。另外，将设置有冷却水出口岐管6的端周边部作为端部1d。并且，将不包含端部1c、1d的隔板(W/A)1的边作为1e。
该冷却水流路4具有相互平行的六条冷却水流路槽，是之字形状。冷却水流路4从冷却水入口岐管5开始平行于边1e而朝向端部1d形成。并且，冷却水流路4在到达端部1d之前改变方向朝向端部1c，形成与边1e平行的冷却水流路4。另外，冷却水流路4在到达端部1c之前改变方向朝向端部1d，以之字状从冷却水入口岐管5至冷却水出口岐管6形成冷却水流路4。
另外，该冷却水流路4从端部1c朝向端部1d，从此处折回从端部1d朝向端部1c。因此，如放大图T所示，六条冷却水路槽中位于折回侧的端的槽4a与折回后冷却水流路4本身的槽邻接。也就是说，位于折回侧的端的槽4a与冷却水流通方向相同的槽及冷却水流通方向相反的槽邻接。并且冷却水流路4具有四处上述折回部分。
另外，在隔板(W/A)1中，在冷却水流路4周围形成有：燃料气体入口岐管7和燃料气体出口岐管8以及氧化剂气体入口岐管9和氧化剂气体出口岐管10。这些出入口岐管与上述相同，位于对正方形状中心为点对称的位置并沿着隔板(W/A)1的端周边被设置。
如图1(b)所示，隔板(W/A)1中形成了冷却水流路4的背面1b具有燃料气体流路11。该燃料气体流路11，具有相互平行的二条燃料气体流路槽，具有与上述冷却水流路4同样的之字形状。其中，燃料气体流路11由于具有两条流路槽因此进行14次的折回。
另外，如图1(a)所示，在冷却水流路4上形成有注射成型材料注入口痕迹12。也就是说注射成型材料注入口痕迹12，是在冷却水入口岐管5至冷却水出口岐管6之间没有形成流路槽的地方。在图1(a)中注射成型材料注入口痕迹12形成有三处。注射成型材料注入口痕迹12在制造隔板(W/A)1时是注射成型时产生的注入口痕迹。该注射成型材料注入口痕迹12中一个位于隔板(W/A)1的正方形状中心，剩余两个夹持着该中心处于对称位置。另外，该注射成型材料注入口痕迹12位于冷却水流路4上，横跨六条平行流路槽中的三条流路槽。并且，流过这三条流路槽的冷却水的流路方向是同一方向。如放大图T所示注射成型材料注入口痕迹12不在由于折回而冷却水的流路方向成相反的部分形成，而在六条同一方向的流路槽内形成。
图2(a)是隔板(C/W)2的氧化剂气体流路13形成侧2a的平面图。另外，图2(b)是隔板(C/W)2的冷却水流路4形成侧2b的平面图。如图2(a)所示，隔板(C/W)2在面2a上具有氧化剂气体流路13。该氧化剂气体流路13具有六条经路槽，具有与冷却水流路4同样的之字形状。另外，隔板(C/W)2在形成氧化剂气体流路13侧2a的背面2b上形成有冷却水流路4。
另外，该隔板(C/W)2上，注射成型材料注入口痕迹12与上述相同具有三处，一处位于隔板(C/W)2的正方形状的实质中心，剩余的两处夹持着该中心处于对称位置。其中，该注射成型材料注入口痕迹12位于氧化剂气体流路13上，横跨六条平行流路槽中的三条流路槽。并且，流过这三条流路槽的氧化剂气体流路方向为同一方向。
另外，隔板(C/W)2上形成有与隔板(W/A)1相同的各个出入口岐管。
图3(a)是隔板(C/A)3的氧化剂气体流路13形成侧3a的平面图，图3(b)是隔板(C/A)3的燃料气体流路11形成侧3b的平面图。如图3(a)所示，隔板(C/A)3在面3a上具有氧化剂气体流路13。另外，在隔板(C/A)3的面3a的背面3b上具有燃料气体流路11。其中，在该隔板(C/A)3上，与隔板(C/W)2相同，在氧化剂气体流路13的形成面3a中在三处具有注射成型材料注入口痕迹12。并且，在隔板(C/A)3上与隔板(W/A)1同样形成有各出入口岐管。
下面，对用以制造上述三种隔板的本发明实施方式1中的燃料电池隔板用模具进行说明。
图4是本实施方式1的隔板(W/A)1及其制造所用模具的侧视图。
如图4所示，在本实施方式1中，隔板(W/A)1用的模具20具有面1a的成型部即本发明模具一实例的模具部20a以及面1b的成型部即本发明模具一实例的模具部20b。并且，模具部20a在三处具有用于投入注射成型材料的注射成型材料注入口21。
图5(a)是模具部20a的平面图，图5(b)是模具部20b的平面图。图5(a)所示的模具部20a具有冷却水流路成型部22，该冷却水流路成型部22具有与面1a上形成的上述形状冷却水流路4的六条平行槽相对应的流路槽凸部22a。另外，在对应于隔板(W/A)1的注射成型材料注入口痕迹12的位置形成有注射成型材料注入口21。如上所述，在模具部20a的冷却水流路成型部22上设有注射成型材料注入口21的开口部，以使注射成型材料注入口痕迹12在冷却水流路4上形成，因此，在该注射成型材料注入口21的开口部没有形成冷却水流路成型部22。因此，在隔板(W/A)1的面1a上残留着注射成型材料注入口痕迹12。并且，注射成型材料注入口痕迹12是与冷却水流路4的槽具有相同深度的凹部。另外，图4相当于图5A-A′的断面图。
另外，如图5(b)所示，模具部20b具有燃料气体流路成型部23。燃料气体流路成型部23具有与面1b上形成的上述形状的燃料气体流路11的槽相对应的流路槽凸部23a。其中，在模具部20a、20b上，形成有与隔板(W/A)1的各岐管对应的凸形状的岐管成型部24，但不局限于此。也就是说，可以形成为：模具部20a和20b任一方具有成型部并到达另一方模具。总而言之，在隔板(W/A)1上成型岐管用孔即可。
另外，注射成型材料注入口21也可以设置在流路成型部附近。注射成型材料注入口21设置在流路成型部附近的情况下，与把注射成型注入口21设置在侧面的情况相比，进行注射成型时向流路部的填充良好。不过，如本实施方式1所示把注射成型材料注入口21设置在流路成型部上的话，进行注射成型时的填充距离也会更短。因此，进行注射成型时，能更好地关闭对流路部的填充。
另外，在隔板(C/W)2用的成型模具和隔板(C/A)3用的成型模具上也可以形成流路成型部。该流路经过部与上述相同，具有与各流路槽对应的流路槽凸部。并且，以对应于各注射成型材料注入口痕迹12的方式在模具上注射成型材料注入口21开口。
即，图6是本实施方式1的隔板(C/W)2及其制造所用模具的侧视图。
如图6所示，在本实施方式1中，隔板(C/W)2用的模具60具有面2a成型部即本发明模具一实例模具部60a和面2b成型部即本发明模具一实例模具部60b。并且，模具部60a在三处具有用于投入注射成型材料的注射成型材料注入口21。
图7(a)是模具部60a的平面图，图7(b)是模具部60b的平面图。如图7(a)所示模具部60a具有氧化剂气体流路成型部62。并且该氧化剂气体流路成型部62具有与面2a上形成的上述形状的氧化剂气体流路13的六条平行槽对应的流路槽凸部62a。另外，在对应于隔板(C/W)2的注射成型材料注入口痕迹12的位置上形成有注射成型材料注入口21。如上所述，在模具部60a的氧化剂气体流路成型部62上设有注射成型材料注入口21的开口部，以使注射成型材料注入口痕迹12在氧化剂气体流路13上形成。因此，在该注射成型材料注入口21的开口部没有形成氧化剂气体流路成型部62。因此，在隔板(C/A)2的面2a上残留着注射成型材料注入口痕迹12。并且，注射成型材料注入口痕迹12是与氧化剂气体流路13的槽具有相同深度的凹部。另外，图6相当于图7B-B′的断面图。
另外，如图7(b)所示模具部60b具有冷却水流路成型部63。冷却水流路成型部63具有与面2b上形成的上述形状的冷却水流路4的槽对应的流路槽凸部63a。其中，在模具部60a、60b上，形成有与隔板(C/W)2的各岐管对应的凸形状的岐管成型部24，但不局限于此。也就是说，也可以形成为：模具部60a和60b中的任一方具有成型部并到达另一方模具。总而言之，在隔板(W/A)2上成型岐管用的孔即可。
另外，图8是本实施方式1的隔板(C/A)3及其制造所用模具的侧视图。
如图8所示，在本实施方式1中，隔板(C/A)3用的模具70具有面3a成型部即本发明模具一实例模具部70a和面3b成型部即本发明模具一实例模具部70b。
并且，模具部70a在三处具有用于投入注射成型材料的注射成型材料注入口21。
图9(a)是模具部70a的平面图，图9(b)是模具部70b的平面图。如图9(a)所示模具部70a具有氧化剂气体流路成型部72，该氧化剂气体流路成型部72具有与面3a上形成的上述形状的氧化剂气体流路13的六条平行槽对应的流路槽凸部72a。另外，在对应于隔板(C/A)3的注射成型材料注入口痕迹12的位置上形成有注射成型材料注入口21。如上所述，在模具部70a的氧化剂气体流路成型部72上设有注射成型材料注入口21的开口部，以使注射成型材料注入口痕迹12在氧化剂气体流路13上形成。因此在该注射成型材料注入口21的开口部没有形成氧化剂气体流路成型部72。因此，在隔板(C/A)3的面3a上残留注射成型材料注入口痕迹12。并且，注射成型材料注入口痕迹12是与氧化剂气体流路13的槽具有相同深度的凹部。另外，图8相当于图9(a)C-C′的剖面图。
另外，如图9(b)所示模具部70b具有冷却水流路成型部23。并且，冷却水流路成型部23具有与面3b上形成的上述形状的燃料气体流路11的槽对应的流路槽凸部23a。另外，在模具部70a、70b上，形成有与隔板(C/W)3的各岐管对应的凸形状的岐管成型部24，但不局限于此。也就是说，也可以形成为：模具部70a和70b中的任一方具有成型部并到达另一方模具。总而言之，在隔板(W/A)3上成型岐管用的孔即可。
一般在燃料电池隔板中，作为左右电池性能的重要构成部分有：用于使燃料气体或氧化剂气体或冷却用冷却水等流过的流路结构。由隔板夹持MEA进行发电时，MEA本身的刚性较小。因此为了使燃料气体或氧化剂气体在MEA周围稳定地流动，必须要使上述流路结构中流路间的构成间距小以防止MEA向流路内的垂落(hanging down)。因此，隔板上构成的流路的构成间距要更小。
另外，在利用注射成型制作隔板的情况下，如何向模具内注入材料是个问题。注射成型用材料因热传导性大而冷却极快，是成型性差的材料。因此，通常有用的方式是确保尽可能大的注入材料用的注入口。所以，为了加大注入材料用的注入口，使用膜状浇口等对于隔板流路呈垂直横向(横方向)这样结构的模具。
但是，燃料电池隔板特有的流路结构是在隔板的近中央部形成的，当熔融材料通过对应于隔板的流路结构的模具的部位时，该部位具有较大的流路阻力，且材料接触的表面积变大。因此，在该部位中产生大量放热，呈现不能填充材料的状态。
所以，在降低流路阻力方面，相应的办法是使隔板的板厚变大以减小流路阻力，但是，即使板厚变大，也不能改变与隔板流路构成对应的模具部位的表面积。因此，该部位的放热大，隔板的流路部的成型性不充分。另外，因完成的隔板的板厚也变大，使用该隔板的燃料电池也变大。结果不具备商品性。
另外，注射成型时，产生经过与隔板的流路构成部位对应的模具的部位而进行材料填充的填充流路，和经过与隔板的流路构成部位对应的模具部位以外的部位而进行填充材料的填充流路。因此，由于难以流到的填充流路中的材料的填充时间变长，增加了注射成型需要的时间。另外，因产生这两条填充流路，填充着的材料承受的放热不平衡，所以，熔接部强度下降，气体混入导致填充不良。其结果导致表面粗糙度的恶化且尺寸不良。
所以，为了确保流路构成部位的成型性，使用熔融材料的温度高且粘性低状态的材料，且把注入部设置在流路构成部或其附近。另外，这时，通过尽可能地使注入的注入口形状小，抑制对于流路构成部的变更，使该变更最小。
其结果，注射成型时，从注入口向模具周边流动的材料承受的流路阻力在全方位是均匀的。所以，向隔板模具内的材料的填充均匀，也缩短了成型时间。另外，因在全方位上材料流动的距离被均匀化，对被填充材料的放热面积也被均匀化。并且，由于注入口部位于流路构成部的中央附近，所以能够以最容易流动的状态(粘性低的状态)使熔融材料被注入到成为最大流路阻力的流路构成部。因此，可以降低通过流路构成部时的对熔融材料的流路阻力。另外，熔融材料的注入压力的传递也充分。因此，适合提高模具内材料承受的成型性(提高表面粗糙度，提高熔接部强度和材料填充性)、排气性、尺寸精度。另外，相对流路构成部，流路构成部以外部位的形状简单，即使在通过了流路构成部的材料的熔融状态下也能获得充分的成型性。
另外，因流路阻力下降，不需要可进行高压成型的特殊成型机，设备投资减少。其结果也具有降低成本的效果。并且，在有可高压成型的设备的情况下，如果材料挤出压力相同，因流路阻力下降，能缩短材料填充时间，缩短成型周期。因此，能提高生产率，降低成本。
为了获得规定的输出，燃料电池通常采用层叠单电池的结构。所以，需要具有以下的组合结构，即，在隔板的与MEA接触方向的面上具有氧化剂气体流路、燃料气体流路、冷却水流路，而在另一面上没有形成流路的结构。使用为了获得上述成型性效果而构成的模具时，因模具中构成有隔板所需要的应在另一面构成的流路，可以看出能形成生产率高的有效的模具。
另外，虽然为了最小化对流路构成部的变动，而设法设计出与流路构成部的一个凸部宽度相应的所述注入材料用注入口，但注入材料用开口部变小且可获得成型性的隔板形状受到限制。所以，遍布多个凸部设置了注入材料用的注入口部。如果这样就能确保注入材料用的开口面积大，还能获得不被隔板形状所左右的良好的成型性。
另外，为了给隔板赋予最适当的压力损失，在燃料电池隔板中构成的流路通常以从入口岐管朝向出口岐管多条流路平行连通的方式构成。为了使压力损失保持在最佳值，存在多条平行流路在隔板面内折回形成流路的情况。这时，在形成至上述多个凸部的注入材料用注入口部横跨在多条流路槽的流向不在同一方向的部位的情况下，构成为：应该随原来的流路在隔板面内折回流动的流体在注入口部折回而不向原来应流动的部位流动。这种结构是降低电池发电性能的原因，或者是导致效率降低的原因。在这种结构中，燃料电池系统的流动动作范围偏移，就不能确保规定的压力损失。由此可知，注入材料用注入口适合被设置在多条流路槽的流通方向为同一方向的上述流路成型部上。
另外，所设置的注入材料用注入口位置因在由上述流路成型部形成的流路的入口至出口的上述流路成型部的中央附近形成，可使在流路构成部中流动的材料的流路阻力和放热面积均匀化。由此可知，如果这样做，能适合于提高隔板的成型性。
另外，隔板上构成的流路构成随流动的流体而变化，以便于适应该流体的最适压力损失。通常，对于燃料气体用流路而言，发电所需的燃料气体流量少，所以在设定了最适压力损失的情况下，平行的同一流向的流路条数变少。因此，也发生不能确保构成注入材料用注入口所必须的空间的事情。因此可知，适合在氧化剂气体流路成型部或冷却水流路成型部设置注入材料用注入口。也就是说，氧化剂气体流路成型部或冷却水流路成型部的流体的流量较大，从而设定最适压力损失所必要的平行的同一流向的流路条数变多，容易确保构成注入材料用注入口所必要的空间。
另外，使用注入材料用注入口进行注射成型，所以能精密地复制模具精度，能获得尺寸精度。并且，还能缩短每张隔板的生产时间，提高生产率。由此可知，能降低成本、可信度高且维持稳定的电池性能。
另外，要求隔板有高导电性和尺寸精度、机械强度、耐热性以及纯度，该纯度指不能含有影响电池的不纯物。因此，通过使导电性填料分散在粘合剂树脂中，导电性填料相互缠绕，能够使材料具有高导电性。另外，因导电性填料相互缠绕，所以也能提高机械强度。此外，作为粘合剂树脂可以从耐热性和纯度的角度出发选择材料，可以使用根据使用温度范围、燃料电池用途选择粘合剂树脂、并将其混合后得的材料。这样，由于能根据隔板的各种用途选定隔板材料，所以能大幅度降低成本。
另外，采用上述手段制作的燃料电池隔板以及使用其进行层叠而获得的燃料电池，在导电性、机械强度、耐热性、纯度、部件精度方面具有与使用各向同性石墨的切削隔板同等的性能。另外，与使用各向同性石墨的切削隔板相比，本实施方式的隔板因具有韧性所以耐冲击性优良。此外，由于可以利用注射成型来生产本实施方式的隔板，所以不需要机械加工。由此可见，本实施方式能大幅度降低成本，提高生产率。
下面，对使用了本实施方式1的隔板的燃料电池结构进行说明。
图10是使用本发明本实施方式1的隔板的燃料电池侧视图。如图10所示，使用本实施方式1的隔板的燃料电池具有层叠单电池而成的电池组30。该电池组30的两端夹隔集电板31和绝缘板32由端板33夹持。用以紧固他们的紧固螺栓34通过各个螺栓孔而设置。另外，用于向电池组供给并排出燃料气体、氧化剂气体、冷却水的配管35对应于隔板上形成的各岐管而设置。
下面，对使用上述三种隔板构成的电池组30进行说明。图11是分解了电池组30构成的侧视图。如图11所示，电池组30具有MEA40，该MEA40具有高分子电解质膜和在其两面配置的一对燃料气体扩散电极40a和氧化剂气体扩散电极40b。采用夹入密封件41并夹持该MEA40的方式配置隔板而构成单电池。图11所示本实施方式1中的电池组30中，每两个单电池中设置使冷却水流过的冷却部，由这两个单电池构成单电池42。
具体来说，以单电池42的隔板(W/A)1的面1b成为下面的方式层叠的话，MEA40的燃料气体扩散电极40a被设置在隔板(W/A)1的下面1b，隔板(C/A)3的上面3a被设置在氧化剂气体扩散电极40b侧。另外，隔板(C/A)3的下面成为形成有燃料气体流路11的下面3b。MEA40被设置成该下面3b与燃料气体扩散电极40a侧接触。在该MEA40的氧化剂气体扩散电极40b侧设置有隔板(C/W)2的上面2a。
也就是说，隔板1、MEA40、隔板3、MEA40、隔板2依次层叠构成单电池42。另外，因按上述从上依次层叠，所以，各隔板的面a成上面，面b成下面。并且，他们之间设置密封件41，这两个单电池42的上面是隔板(W/A)1的上面1a，下面是隔板(C/W)2的下面2b。上面1a和下面2b是冷却部即冷却水流路4的形成面，发电时在此进行冷却。
另外，上下邻接而层叠的下侧单电池42的上面1a和上侧单电池42的下面2b夹持着密封件41而成对面。其中，按照上面1a的冷却水流路4和下面2b的冷却水流路4为一致的方式在上面1a和下面2b处对称形成冷却水流路4。
上述多个单电池42虽是层叠的，但在其层叠上端和下端设置有每一个单电池都配置冷却部的单电池43。该单电池43具有MEA40、在MEA40的燃料气体扩散电极40a侧设置的隔板1、在氧化剂气体40b侧设置的隔板2、在它们之间设置的密封件41。另外，该单电池42也以各隔板的面a为上面、面b为下面的方式配置。
按上述方式从上依次层叠单电池43、多个单电池42、单电池43，并在上端和下端再配置端部隔板。
图12(a)是端部隔板(W/B)50的冷却水流路4形成侧50a的平面图。图12(b)是端部隔板(W/B)50的没有形成经路的侧50b的平面图。如图12所示，端部隔板(W/B)50的一侧50a上形成冷却水流路4，反面50b上没有形成流路。并且如图11所示，隔板(W/B)50配置在上述层叠的单电池的下端，端部隔板(W/B)50的面50a成上面，与层叠的单电池下面2b夹持着密封件41而面对。并且，端部隔板(W/B)50的上面50a的冷却水流路4与在面2b上形成的冷却水流路4对称，按层叠时一致的方式形成。
另外，图13(a)是端部隔板(B/W)5 1的没有形成经路的侧51a的平面图。图13(b)是端部隔板(B/W)51的冷却水流路4形成侧51b的平面图。如图13所示，在端部隔板(B/W)51的一侧51a没有形成流路，在反面51b形成了冷却水流路4。该端部隔板(B/W)51配置在上述层叠的单电池的上侧，面51b成下面并与层叠的单电池上面1a夹持着密封件41而面对(未图示)。并且，按与上述相同在面1a上形成的冷却水流路4对称的方式，形成端部隔板(B/W)51下面51b的冷却水流路4。其中，该面50b和面51a在从两端夹持着电池组30的集电板31，通过密封件41而面对。
这样，电池组30形成端部隔板(B/W)51、单电池43、多个单电池42、单电池43、端部隔板(W/B)50，依次从上层叠的结构。
下面，对使用上述构成的本发明实施方式1的隔板的燃料电池制造方法进行说明，同时，对本发明隔板制造方法的一实施例进行说明。
首先，在乙炔黑系碳粉末上担载25重量％平均粒径约30的铂粒子而获得的催化剂作为反应电极的催化剂。在把该催化剂粉末分散在异丙醇溶液中而获得的溶液中，混合把化学式1所示的全氟化碳磺酸粉末分散在乙醇中的悬浮溶液，制成糊状。以该糊作为原料，采用丝网印刷法，在厚度250μm的碳无纺布一面上形成电极催化层。形成后的反应电极中含有铂量调整为0.5mg/cm2，全氟化碳磺酸的量调整为1.2mg/cm2。
【化1】
对于这些电极，使正极·负极具有同一构成，在具有比电极大一圈面积的质子传导性高分子电解质膜中心部两面，按照印刷的催化层接触电解质膜侧的方式热压接合，制成电极/电解质结合体(MEA40)。其中，作为质子传导性高分子电解质使用将化学式1所示的全氟化碳磺酸薄膜化成25um厚度的电解质膜。
下面，对使用本实施方式1燃料电池隔板用模具并采用燃料电池隔板的注射成型制造方法及燃料电池隔板制造装置(注射成型机)说明如下。
图14表示使用本实施方式1的燃料电池隔板用模具，注射成型燃料电池隔板的燃料电池隔板的制造装置(注射成型机)80的结构。
在图14中，燃料电池隔板的制造装置80中设有：带有加热器82的加热料筒81、料斗83、螺杆84、螺杆驱动机构85以及注射喷嘴86。
加热料筒81是把从料斗83流进的隔板材料用加热器82进行加热熔融的部件。
料斗83是把从未图示的供料器供给的隔板材料投入加热料筒81中的部件。
螺杆84是对隔板材料进行搅拌同时输送给注射喷嘴86的部件。
螺杆驱动机构85是液压式或电动式(伺服马达)驱动螺杆84的部件。
注射喷嘴86是把熔融隔板材料从模具20的注射成型材料注入口21注入模具20内的部件。
作为隔板材料的电子良导体部位用混合物，使用将作为导电性填料用的石墨和作为粘合剂树脂用的PPS(聚苯硫醚)树脂按7∶3的重量比率混合的物质。把混合物投入配置有可熔融混炼的注射喷嘴86的注射成型机80中。注射喷嘴86的前端配置在形成有图5所示隔板形状的模具20中。从模具20注入熔融材料的注射成型材料注入口21部采用使用热流道的多点注入口。
从成型生产节拍和强度方面考虑，模具20的材料通常使用碳工具钢(SK材料)。不过，本实施方式1中所用的隔板材料的热传导率高，所以，硬化速度快，成型不良。因此，模具20的材料使用热传导率低的材料以确保成型性。作为模具20的材料使用了典型的SUS630。模具温度150℃，注射喷嘴温度350℃，注射压力1600kgf/cm2，注射速度200mm/sec，成型时间40秒。
使用上述隔离材料、模具20以及成型条件的注射成型机80动作如下。也就是说，隔板材料从未图示的供料器供应给料斗83，再使隔板材料从料斗83流入加热料筒81的入口。
螺杆驱动机构85驱动螺杆84。并且，流入加热料筒81入口的隔板材料随着螺杆驱动机构85驱动的螺杆84的旋转被输送到加热料筒81内。
加热料筒81由配置在外周的加热器82控制温度，隔板材料在加热器82的热和螺杆84转动及剪切磨擦热作用下熔融。加热料筒81把熔融了的材料送进加热料筒81内的同时后退。一旦加热料筒81前端贮留有一定量的熔融材料，加热料筒81停止旋转。
其次，模具部20a和模具部20b关闭合模。随后由螺杆驱动机构85使螺杆84前进，给熔融材料加压，从注射喷嘴86把熔融材料注入模具20内。在螺杆84的前端设置有未图示的止逆阀，该止逆阀在螺杆84旋转中使熔融材料向前方通过，加压时防止熔融材料向后方流动。
这样，模具20内，熔融材料从注射成型材料注入口21流入模具20的成型品空间(模腔)。这时，模腔内的空气通过排气口排出到外部，使模腔内的空气与熔融材料置换。
模具20为了促进熔融材料的流动并冷却固化，保持在比加热料筒81相对低的低温。模具20的温度是通过在模具20上设置的钻孔等中使热水或热介质的循环并由筒式加热器、带式加热器等控制的方式来进行。
熔融材料在模具20的模腔内开始固化时，熔融材料收缩，所以，为了弥补这种收缩，熔融材料从注射喷嘴86被注入到注射成型材料注入口21内。从而可以提高成型品的尺寸精度。
熔融材料充满模具20的模腔后，如果不继续加压到注射成型材料注入口21部分的熔融材料固化为止，则隔板材料因有粘弹性，逆流，在成型品中产生缺陷。因此，熔融材料充满模具20的模腔后，继续加压直到注射成型材料注入口21部分的熔融材料固化为止。
其中，图15是表示模具部20a和注射喷嘴86的放大图。把注射喷嘴86的前端插入到注射成型材料注入口21内的以下位置，即，与在隔板面1a上形成的上述形状的冷却水流路4的六条平行槽对应的流路槽凸部22a的部分。
模腔内隔板材料固化后，首先，从模具20的注射成型材料注入口21拔出注射喷嘴86。利用这个动作，因注射喷嘴86的前端被插入到注射成型材料注入口21内的流路槽凸部22a的部分，所以，成型的隔板端面的材料被切掉(剥落)，在成型的隔板中形成图1的隔板1所示的注射成型材料注入口痕迹12。
然后，把模具20分开成模具部20a和模具20b，使未图示的突出机构突出，把成型的隔板用机械手取出，放置在规定位置，装箱。就这样，完成隔板的成型。
另外，在本实施方式1中，对于模具20的模腔内的隔板材料固化后，先把注射喷嘴86从模具20的注射成型材料注入口21中拔出，随后，把模具20分开成模具部20a和模具部20b的情况进行了说明，但并不局限于这种说明。模具20的模腔内隔板材料固化后，把注射喷嘴86从模具20的注射成型材料注入口21中拔出的动作和把模具20分开成模具部20a和模具部20b的动作即使同时进行，也没关系。
另外，虽本实施方式1中说明了隔板(W/A)1用的模具20，但其它隔板(C/W)2、隔板(C/A)3的隔板用模具60、70也是同样的。
隔板1、2、3的厚度3mm，在板状部分两侧形成的流路是由3mm间距(槽宽1.5mm)的槽形状构成的形状。另外，如图1～图3中所示，在流路周边分别设置厚3mm的入口用、出口用氧化剂气体岐管9和10、燃料气体岐管7和8、冷却水岐管5、6共计两套。并且，按照将从设置在树脂部位的各入口岐管到出口岐管为止连接的方式，氧化剂气体流路是通过邻接的六条槽、燃料气体流路是通过邻接的两条槽、冷却水流路是通过邻接的六条槽弯曲形成上述之字形状而成型。
如上所述，本发明制作的隔板共三种，包括：一侧有氧化剂气体流路13而其相反侧有燃料气体流路11的隔板(C/A)3、一侧有氧化剂气体流路13而其相反侧有冷却水流路4的隔板(C/W)2、一侧有燃料气体流路11而其相反侧有冷却水流路4的隔板(W/A)1。
在隔板(W/A)1中，将注射成型用材料填充到隔板中的注入口痕迹在冷却水入口岐管5和冷却水出口岐管6之间在三处形成。各个注射成型材料注入口痕迹12具有与氧化剂气体流路13的槽深度相同深度的凹部，该凹部在三个间隔宽度中构成，以便于横跨在向同一方向气体流动的六条槽宽度以内。
另外，在隔板(C/W)2中，注射成型材料注入口痕迹12在氧化剂气体入口岐管9和氧化剂气体出口岐管10之间在三处形成。各个注射成型材料注入口痕迹12具有与冷却水用流路4的槽深度相同深度的凹部，该凹部在三个间隔宽度中构成，以便于横跨在向同一方向冷却水流动的六条槽的宽度以内。
另外，在隔板(C/A)3中，注射成型材料注入口痕迹12在氧化剂气体入口岐管9和氧化剂气体出口岐管10之间在三处形成。各个注射成型材料注入口痕迹12具有与氧化剂气体流路13的槽深度相同深度的凹部，该凹部在三个间隔宽度中构成，以便于横跨在向同一方向气体流动的六条槽的宽度以内。
另外，由结构分析的计算可知：从降低对MEA的剪切应力、降低对隔板的剪切应力、降低MEA和隔板的接触电阻的观点出发，设置在各个隔板上的注入口痕迹在层叠隔板时三个注入口凹部处于重合位置是理想的。所以，层叠时以各个隔板的注入口痕迹处于重合位置的方式，在各模具上设置注射成型材料注入口，制成各隔板。
另外，在隔板(C/W)2中，即使注射成型材料注入口痕迹12设置在冷却水流路侧2b中，也没关系。
其次，如图10所示，由这三种隔板1、2、3和密封件41夹持MEA40构成电池。
最后，把以上所示的MEA40层叠50个单电池后，在端部切削制作碳板，夹隔图11、8所示的端部隔板50、51以及集电板31和绝缘板32，用不锈钢制端板33和紧固螺栓34，以MEA40和隔板1、2、3的面压为10kgf/cm2的压力紧固。另外，虽然紧固压力小的话会漏气，接触电阻也变大，会降低电池性能，但相反如果紧固压力过大的话，会损坏电极或隔板变形，所以，相应于气体流通槽的设计来改变紧固压力是重要的。
另外，采用上述实施方式1的结构和制造方法制作的层叠电池进行漏气检查。漏气检查中，关闭流路出口侧岐管，从入口侧岐管使He气体以0.5kgf/cm2的压力流入，根据这时流入气体流量进行了评价。
结果表明，空气侧、燃料气体侧、冷却水侧均没有气体泄露，确认层叠电池在流体密封性上不存在问题。
另外，对上述各隔板，制作了注射成型材料注入口痕迹在入口岐管和出口岐管间近中央一处形成的隔板。注入口痕迹的形状与上述隔板相同。注射成型时，因从中央一处把材料注入隔板用模具中，所以在向隔板用模具填充材料时，以注入口为中心到全方位的距离均等，流向隔板用模具周边的材料承受的流路阻力在全方位是均匀的。所以，向隔板模具内的材料填充均匀，按单位长度换算，成型时间比后述比较例2的隔板缩短0.1sec。并且，因距离均匀化，对填充材料的放热面积也均匀化。另外，因注入口部在流路构成部的中央附近，在成为最大流路阻力的流路构成部中注入最容易流动状态(粘性低的状态)的熔融材料，可以降低通过流路构成部时的流路阻力。此外，因溶融材料的注入压力传递也充分，结果模具内材料承受的成型性(表面粗糙度的提高，熔接部强度的提高和材料填充性)、排气性和尺寸精度均提高。另外，流路构成部以外的部位与流路构成部相比形状简单，即使在通过流路构成部的材料的熔融状态下也能获得充分的成型性。
此外，因流路阻力下降，即使注射压力下降也能确保同样的成型性。数值在后述表中说明。这样，不需要可高压成型的特殊成型机设备，投资低，其结果具有降低成本的效果。在具有可高压成型的设备的情况下，如果材料挤出压力相同，由于流路阻力下降，能缩短材料填充时间，缩短成型周期，提高生产率，降低成本。
注射成型材料注入口痕迹在入口岐管和出口岐管间在三处形成的方式可以获得上述效果，但从入口到出口中央附近一处有注入口的情况下，以注入口为中心在全方位的范围内材料填充的均匀性特别显著。
比较例1
作为比较例1的隔板，除了注射成型材料注入口21的位置不同以外，使用与实施方式1相同的模具，制造出三种隔板。
图16(a)是比较例1中冷却水流路4形成侧100a的隔板(W/A)100的平面图。图16(b)是比较例1中燃料气体流路11形成侧100b的隔板(W/A)100的平面图。另外，S是图16(a)由点线包围部分的放大图。
如图16(a)所示，与隔板(W/A)1同样，比较例1制造的隔板(W/A)100的注射成型材料注入口痕迹12，在冷却水流路4上，且从冷却水入口岐管5到冷却水出口岐管6之间有三处形成，具有与冷却水流路4的槽深度同样深度的凹部。
其中，如图16(a)的S所示，比较例1的注射成型材料注入口痕迹12横跨三条槽，两条槽在同一方向流动气体，剩余的一条槽在相反方向流动气体。
另外，与上述相同，与实施方式1的隔板(C/W)2和隔板(C/A)3相比，变更模具的注射成型材料注入口21的位置制成隔板(C/W)102和隔板(C/A)103(未图示)，即，注射成型材料注入口痕迹12以横跨三条槽的方式构成，这三条槽中两条的流动方向相同，剩余一条槽流动方向相反方向。
另外，设置在各隔板上的注射成型材料注入口痕迹12的位置以层叠隔板时三个注射成型材料注入口痕迹12重合的方式形成。
并且，隔板使用上述隔板制成与上述实施方式1相同的层叠电池。对这种电池进行漏气检查，确认不存在密封性问题。
比较例2
另外，作为比较例2的隔板，使用注射成型材料注入口痕迹在隔板侧面形成方式的模具，制作了从侧面在膜上进行填充的注入口结构的隔板。模具的基本结构与实施方式1相同，作为热流道方式，模具材料、模具温度、注射喷嘴的温度也与实施方式1相同。首先，在注射压力为1600kgf/cm2进行成型。其结果与实施方式1的隔板比较表示在下述表中。
                                        表1
No.     注射压力(kgf/cm2)     材料填充性     表面粗度   熔接部强度   尺寸精度   排气性     备注
1     1600     ×     ×   ×   ×   ×     不能成型
2     2200     ×     ×   ×   ×   ×     不能成型
3     3000     ○     △   △～×   ×   △     熔接部多；因气体表面粗糙度恶化；尺寸不佳
实施方式1(三处)     1600     ○     ○   ○   ○   ○     良好
实施方式1(一处)     1600     ◎     ○   ○   ○   ○     填充均匀性良好
这里，材料填充性×表示的是，目视时在隔板表面存在直径0.5mm以上的孔状“ス”的状态。
并且，材料填充性○表示的是，目视时在隔板表面没有“ス”，而在隔板断面的一部分上存在直径小于0.1mm的孔状“ス”的状态。
另外，材料特性◎表示的是，目视时在隔板表面没有“ス”并且在隔板断面上也没有“ス”的状态。
此外，在No.1和No.2中表面粗糙度×表示的是，隔板的表面粗糙度在500S以上。
此外，在No.3中表面粗糙度△表示的是，隔板的表面粗糙度在200～300S。
并且，表面粗糙度○表示的是，隔板的表面粗糙度小于12.5S。
另外，熔接部强度×表示的是，隔板的抗弯强度小于30MPa。
另外，熔接部强度△表示的是，隔板的抗弯强度为30MPa以上而小于40MPa。
另外，熔接部强度○表示的是，隔板的抗弯强度在40MPa以上。
另外，尺寸精度×表示的是，隔板的厚度精度在±50μm以上，隔板的弯度在1mm以上。
另外，尺寸精度○表示的是，隔板的厚度精度小于±50μm，隔板的弯度小于1mm。
另外，排气性×表示的是，在隔板的1/3以上表面上存在由气体导致的表面皲裂的状态。
另外，排气性△表示的是，在隔板的1/10以上表面上存在由气体导致的表面皲裂的状态。
另外，排气性○表示的是，在隔板的全部表面上不存在由气体导致的表面皲裂的状态。
为了消除注射材料的明显填充不足，注射压力必须要有3000kgf/cm2的压力。制作了没有流路部的注入口凹部，与以往相同流路形状的隔板。
另外，只把隔板本身变更成上述隔板，制作成与上述实施方式1相同的层叠电池。对该电池进行了漏气检查。确认在岐管发生渗透漏气(crossleak)，在密封性方面存在问题。
把上述实施方式1、比较例1、比较例2制作的隔板成型状态表示在以下表2中。
                                     表2
  项目  实施方式1    比较例1 比较例2
  尺寸精度   弯度  ○    ○ ×，弯度大
  厚度偏差  ○    ○ ×，注入口部厚、断面楔状
  成型性  ○    ○ ×，与注入口相对侧因产生气体而皲裂
  气密性  ○    ○ ×，熔接部、在气体皲裂部透气大
  机械强度  ○    ○ ×，熔接部产生很多，在熔接部有裂纹
  接触电阻  ○    ○ ×，不同处的偏差大
  判定  ○    ○ ×
这里，尺寸精度的弯度○表示的是，隔板的弯度小于1mm。
另外，尺寸精度的弯度×表示的是，隔板的弯度在1mm以上。
另外，尺寸精度的厚度○表示的是，隔板的厚度小于±50μm。
另外，尺寸精度的厚度×表示的是，隔板的厚度在±50μm以上。
另外，尺寸精度的成型性○表示的是，在隔板的全面上不存在由气体导致的表面皲裂。
另外，尺寸精度的成型性×表示的是，在隔板的一部分上存在由气体导致的表面皲裂。
另外，气密性○表示的是，以50kPa的差压，从隔板中He的泄漏量为小于0.1ccm(ND)。
另外，气密性×表示的是，以50kPa的差压，从隔板中He的泄漏量为在0.1ccm以上(ND)。
另外，机械强度○表示的是，隔板的抗弯强度在40MPa以上。
另外，机械强度×表示的是，隔板的抗弯强度小于40MPa。
另外，接触电阻○表示的是，面压为1MPa时，隔板的接触电阻小于20mΩ·cm2。
另外，接触电阻×表示的是，面压为1MPa时，隔板的接触电阻在20mΩ·cm2以上。
隔板正中有复杂形状的流路部，以包围该流路部的方式由较厚形状的构成周围部位。熔融的注射材料填充到模具内时，对熔融材料的流动，流路部有较大的流动阻力，周围部流动阻力较小。因此，如比较例2所示，从侧面填充时从易流动的周围部开始填充，向流路部的填充延迟。
其结果，表2所示产生多个熔接部，成为机械强度降低的原因。另外，因材料的填充速度有差异使之成为气体排出性恶化的原因。另外，因热传导性良好，填充距离长时在中途材料开始硬化，这是引起填充不足、尺寸精度下降、强度降低、气密性降低、电阻值偏差的原因。
与此相对，实施方式1、比较例1的情况下，因填充材料用注入口是在材料流动阻力最大的流路部构成，所以材料的流动性高时，在最难以填充的地方能完全填充材料，并且，因注入口在较中心部，能缩短熔融材料的填充距离。因此，由于冷却引起材料硬化所导致的填充的不良影响最小，显示出良好的尺寸精度、机械强度、气密性，也能降低电阻值偏差。
将上述实施方式1和比较例1的高分子电解质型燃料电池保持在85℃，向燃料气体侧的电极侧供给露点为83℃的加湿加温氢气，向氧化剂气体侧的电极侧供给露点为78℃的加湿加温空气。结果在不向外部输出电流无负荷时，得到50V的电池开路电压。
这种电池在燃料利用率80％、氧利用率40％、电流密度0.5A/cm2的条件下进行恒定发电。其输出特性如图17所示。
结果，如图17所示，实施方式1的电池电压是高水平，各电池的电压偏差也小到±5mV；比较例1的层叠电池中电压比实施例层叠电池低-5mV。另外，初期电压偏差是±5mV，经过一段时间电压产生振动，电压偏差达到-100mV的程度，不能稳定运行。
另外，分解比较例1的电池，横跨着燃料气体和氧化剂气体流路的三条槽的注射成型材料注入口痕迹12中，在气体流动在相反方向的部位用粘接剂固定碳制棱(rib)，设置成在相反方向流动的气体不能混入。测量这样再次组装的电池的电池性能。与实施方式1相比，这时的电压降低-2mV，电压偏差经过一段时间后也只能改善到-30mV的程度。
再分解电池，这次在设置了冷却水流路的注入口凹部的冷却水流向朝向相反方向的部位，与先前一样用粘接剂固定碳制棱，设置隔墙以便于使向相反方向流动的冷却水不能混合。再次组装电池并测量组装的电池性能。与实施方式1的电池相比，这时的电压能改善到同等水平。在经过一段时间电压偏差不改变，具有与实施方式1的电池同样的性能。
以上结构导致了以下情况：在注射成型材料注入口痕迹12处气体和冷却水大幅度短路，不能向注射成型材料注入口痕迹12前端主流路部位稳定地供应空气或冷却水，局部温度上升导致电压下降，局部扩散极化导致电压下降，流动不稳定性也导致所产生电压暴变。由此可知：材料填充用注入口横跨多条流路的情况下，使流动主方向在同一流路中构成是有效的。
比较例3
作为比较例3的隔板，用变更了注射成型材料注入口21位置的模具，制作注射成型材料注入口痕迹12在隔板(C/A)3的面3b的燃料气体入口岐管7和燃料气体出口岐管8之间设置有三处的隔板。
在这种情况下，燃料气体侧的流路由两条通路构成，所以，注射成型材料注入口痕迹12的宽度比两条流路的宽度大，并横跨三条槽。注射成型材料注入口21变小，制约了模具的注入口加工，限制了注入口的耐久性。
其结果，在燃料气体流路11中，形成相互向相反方向流动的气体混合的结构，如比较例1的电池产生的那样，电压降低且产生偏差。由此可见，燃料气体侧流路中构成注入口凹部的这种结构是不良的。
实施方式2
下面对另一实施方式进行说明。除了隔板形状以外，主要部件用与实施方式1相同的部件进行评价。
本实施方式2中，与实施方式1相同，作为电子良导体部位用混合物，使用石墨和PPS(聚苯硫醚)树脂按7∶3重量比率混合的混合物。流路中设置的注射成型材料注入口痕迹12位置在表3所示处形成。
用于成型的注射成型机除注射压力以外，与实施方式1相同。对各隔板进行了与实施方式1相同的电池实验。除注射成型材料注入口痕迹12外，隔板的构成、层叠电池的构成与实施例1相同。结果表示在表3中。
                             表3
流路部的注入口位置 入口～出口均匀地三点 入口～出口中央一点 四角和中央五点
成型性 填充性 ○ ○ ◎
熔接处 ○ ○ ◎
尺寸精度 ○ ○ ○
注射压力(Kgf/cm2) 1600 2000 1300
气密性 ○ ○ ○
机械强度 ○ ○ ○
电池性能 电压 ○ ◎ △
电压偏差 ○ ◎ ○
判定 ○ ◎ ○
这里，成型性的填充性○表示的是，目视时在隔板表面没有“ス”，而在隔板断面的一部分上存在直径小于0.1mm的孔状“ス”的状态。
另外，成型性的填充性◎表示的是，目视时在隔板表面没有“ス”并且在隔板断面上也没有“ス”的状态。
另外，成型性的熔接处○表示的是，目视时在隔板表面没有“ス”，而在隔板断面的一部分上存在直径小于0.1mm的孔状“ス”的状态。
另外，成型性的熔接处◎表示的是，目视时在隔板表面没有“ス”并且在隔板断面上也没有“ス”的状态。
成型性的尺寸精度○表示的是，在隔板的全面上不存在由气体导致的表面皲裂。
另外，气密性○表示的是，以50kPa的差压，从隔板中He的泄漏量为小于0.1ccm(ND)。
另外，机械强度○表示的是，隔板的抗弯强度在40MPa以上。
另外，电池性能的电压○表示的是，电池的电压为基础电压-2mV。
另外，电池性能的电压◎表示的是，电池的电压保持在基础电压。
另外，电池性能的电压△表示的是，电池的电压为基础电压-5mV。
另外，在上述说明中的基础电压指的是标准电压。
另外，电池性能的电压偏差○表示的是，电压偏差在±10mV以内。
另外，电池性能的电压偏差◎表示的是，电压偏差在±5mV以内。
从流路部的入口到出口之间只有一处形成注入口痕迹的结构，电压最高，并且电压偏差小，效果良好。注入口设置五处的结构，成型性高，尺寸精度、机械强度、气密性结果最好。不过，因注入口痕迹在流路部存有五处，与MEA的接触电阻增加，结果与其它的相比，电压稍微降低。
另外，对注入口痕迹在一处形成的结构，进行了模具内熔融材料的流动解析。结果表明，在流路部设置的注入口设置在流路入口与出口的近中间时，材料的填充性、气体排出性优良。
此外，在流路部设置的注入口痕迹如上所述，但用除了上述结构的流路部注入口之外在流路周边部在多处形成填充用注入口的模具所制作的隔板成型性更加良好。
另外，利用本实施方式1中的燃料电池隔板用模具以及用该模具的制造方法，能提高成型性因此可以提高混合物的导电性填料的比率，可以提高隔板的导电性，也能提高电池的性能。
此外，本实施方式1中，因燃料气体流路槽有两条，在模具的燃料气体流路成型部不设置注射成型材料注入口。但是，燃料气体流路槽增至三条并且在三条槽宽内形成注射成型材料注入口痕迹的情况下，也可以在燃料气体流路成型部中设置注射成型材料注入口。总而言之，按照在所形成的流路槽内的流通方向为同一方向的部分上形成注射成型材料注入口痕迹的方式进行制造即可。不过，为了使燃料电池稳定动作，必须要确保一定的流速，因燃料气体与氧化剂气体相比总量小，更优选燃料气体流路槽的条数少的结构。
另外，本发明的注射成型材料注入口在本实施方式1中只设置在模具的一方，但也可以设置在上下模具的两方。但是，如本实施方式1，如果在燃料气体流路成型部不设置注射成型材料注入口的话，也可以仅对隔板(C/W)用的模具，在上下模具的双方设置注射成型材料注入口。这是因为，隔板(C/W)用模具在一方设置氧化剂气体流路成型部而在另一方设置冷却水流路成型部的缘故。
另外，在本实施方式中，电池组30的结构是由单电池43夹持多个单电池42构所的，但也可以只由单电池42本身或单电池43本身构成，并不局限于本实施方式的结构。
此外，用本发明的燃料电池隔板用模具制作的燃料电池隔板，在实施方式1、2中相当于固体高分子型燃料电池的隔板，但不局限于此。本发明的燃料电池隔板也可以是用于磷酸型燃料电池的隔板。总而言之，本发明的燃料电池隔板只要是按照在向同一方向流通的流路部上残留注射成型材料注入口痕迹的方式而注射成型的隔板就可以。
另外，本实施方式1中，混合物中使用PPS树脂作为粘合剂树脂。但作为粘合剂树脂使用如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、异丁烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚苯苯硫醚、聚醚酮、聚醚亚胺、氟系树脂、酯树脂、液晶聚合物、芳香族聚酯、聚缩醛、聚苯撑醚等为代表的其它热可塑型树脂，导电性填料使用如以天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、中性碳、乙炔黑、Ketchen black、碳黑、玻璃状碳(glassy carbon)等为代表的碳系材料或金属制填料等，也能获得同样的效果。
另外，作为粘合剂树脂，也可以使用酚醛树脂、尿素树脂、蜜胺树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙基树脂、环氧树脂为代表的热硬化性树脂。在这种情况下，为了使被填充的材料在模具内加热硬化，所以，使模具内的温度高于喷嘴内的温度而进行成型。不过，成型所需要的制造节拍时间对热塑性树脂混合物来说是40SEC，而对热硬化性树脂混合物必须达到120SEC的程度。
工业利用可能性
本发明的燃料电池隔板用模具、燃料电池隔板的制造方法、燃料电池隔板、燃料电子隔板制造装置以及燃料电池，能确保稳定的尺寸、气密性、低电阻值和机械强度；具有能够提供可信度提高、电池性能提高，且大量生产时大幅度降低成本的隔板以及高分子电解质型燃料电池的效果，有用于便携式电源、电动汽车用电源、家庭内热电联供系统系统等。

Claims (15)

1、一种燃料电池隔板用模具，是成型燃料电池隔板的燃料电池隔板用模具，具有第一流路成型部和注射成型材料注入口；所述第一流路成型部用于成型向配置在电解质两面的一对电极的一方供给氧化剂气体的氧化剂气体流路，或用于成型向上述一对电极的另一方供给燃料气体的燃料气体流路，或用于成型进行冷却的冷却水流路；所述注射成型材料注入口设置在上述第一流路成型部或其附近至少一处。
2、根据权利要求1记载的燃料电池隔板用模具，在没有形成上述第一流路成型部的部位，至少还具有第二流路成型部，该第二流路成型部成型在上述氧化剂气体流路或上述燃料气体流路或上述冷却水流路中由上述第一流路成型部所成型的流路以外的流路。
3、根据权利要求1记载的燃料电池隔板用模具，上述第一流路成型部具有多条平行的流路槽凸部；上述注射成型材料注入口是形成至上述多条流路槽凸部。
4、根据权利要求3记载的燃料电池隔板用模具，上述注射成型材料注入口被设置在由上述多个流路槽凸部成型的燃料电池隔板的多条流路槽的流通方向为同一方向的上述第一流路成型部上。
5、根据权利要求1记载的燃料电池隔板用模具，在从由上述第一流路成型部成型的流路的入口延伸至出口的上述第一流路成型部的中央附近，形成上述注射成型材料注入口。
6、根据权利要求3记载的燃料电池隔板用模具，上述注射成型材料注入口被设置在上述氧化剂气体流路成型部或上述冷却水流路成型部。
7、一种燃料电池隔板的制造方法，包括把材料从上述注射成型材料注入口注入进权利要求1记载的燃料电池隔板用模具内、然后进行注射成型的工序。
8、根据权利要求7记载的燃料电池隔板的制造方法，上述材料含有导电性填料和粘合剂树脂的混合物。
9、一种燃料电池隔板，形成有流路面和注射成型材料注入口痕迹；流路面形成了用于向配置在电解质两面的一对电极中的一方供给氧化剂气体的氧化剂气体流路，或者形成了用于向上述一对电极中的另一方供给燃料气体的燃料气体流路，或者形成了用于进行冷却的冷却水流路；至少一处注射成型材料注入口痕迹在上述流路面上的上述流路中或其附近形成。
10、一种燃料电池隔板，使用权利要求1～6中任一项记载的燃料电池隔板用模具成型。
11、一种燃料电池隔板，使用权利要求7或8记载的燃料电池隔板的制造方法成型。
12、一种燃料电池，配置有层叠的多个单电池；该层叠的多个单电池具有电解质膜、在上述电解质膜的两面配置的一对气体扩散电极、按照从外侧夹持着上述一对气体扩散电极的方式配置的一对隔板；其中上述隔板是权利要求9记载的燃料电池隔板。
13、一种燃料电池，配置有层叠的多个单电池；该层叠的多个单电池具有电解质膜、在上述电解质膜的两面配置的一对气体扩散电极、按照从外侧夹持着上述一对气体扩散电极的方式配置的一对隔板；其中上述隔板是权利要求10记载的燃料电池隔板。
14、一种燃料电池，配置有层叠的多个单电池；该层叠的多个单电池具有电解质膜、在上述电解质膜的两面配置的一对气体扩散电极、按照从外侧夹持着上述一对气体扩散电极的方式配置的一对隔板；其中上述隔板是权利要求11记载的燃料电池隔板。
15、一种燃料电池隔板的制造装置，具有权利要求1记载的燃料电池隔板用模具、用于向上述燃料电池隔板用模具的上述注射成型材料注入口中注入注射成型材料的喷嘴、对将要被注入到上述注射成型材料注入口中的上述注射成型材料进行加热的加热部。
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