JP2001076741A - 燃料電池用セパレータの製造金型、燃料電池用セパレータの成形構造、及び燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

燃料電池用セパレータの製造金型、燃料電池用セパレータの成形構造、及び燃料電池用セパレータの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板部に複数の小突起が設けられた形態の燃
料電池用セパレータを製造するにあたって、その小突起
の高さと、その頂上面の平面度とを一定に維持する。 【解決手段】 表面１ａが鏡面仕上げされた下型基部１
の上に、複数の貫通孔２ａが形成された均一な厚さのプ
レート２を密着させたものを、下型３とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セパレ
ータの生産技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、構成単位である単セルを複
数個積層したスタック構造からなる。図９は、例えば特
開平１０−３９３１号公報に掲載された、固体高分子電
解質型の燃料電池を構成する単セル１００の一部を示す
断面図である。この単セル１００は、電解質膜１０１
と、この電解質膜１０１を挟んで両側にそれぞれ設けら
れたアノード１０２及びカソード１０３と、さらにこれ
らを挟んで両側に設けられた一対のセパレータ１０４と
を備えている。上記電解質膜１０１を間に挟んだアノー
ド１０２及びカソード１０３は、ガス拡散電極を構成し
ている。また、上記セパレータ１０４は、ガス拡散電極
に対する導電体であるとともに、基板部１０４ａの表面
に形成された複数の小突起１０４ｂによって、ガス流路
を確保する構造体でもある。アノード１０２とセパレー
タ１０４との間のガス流路は、燃料ガス流路Ｐ１であ
り、カソード１０３とセパレータ１０４との間のガス流
路は、酸化ガス流路Ｐ２である。
【０００３】図７は、セパレータ１０４の一例を示す斜
視図である。セパレータ１０４は、基板部１０４ａの表
面に複数の小突起１０４ｂが整列して形成されたもので
ある。セパレータ１０４は、ガス不透過の導電性部材、
例えば、導電性カーボンを圧縮してガスを透過させない
ようにした成形カーボンからなる。図８は、セパレータ
１０４を成形するときの状態を示す断面図である。所定
形状の下型１０５に導電性カーボンを充填して、上型１
０６により導電性カーボンを加圧圧縮した状態で、加熱
することにより、セパレータ１０４が作られる。上記小
突起１０４ｂを成形するための下型１０５の穴１０５ａ
は、ドリル、エンドミル等を用いて機械加工により形成
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドリ
ル、エンドミル等の工具により形成される穴１０５ａ
は、工具の摩耗により切削が浅くなるため、穴の深さの
精度が不十分である。また、工具の摩耗から穴１０５ａ
の底面が丸底状になり、しかも、底面の隅が丸くなる。
従って、小突起１０４ｂの頂上面を常に一定の平面に維
持することは困難である。この結果、成形されたセパレ
ータ１０４は、小突起１０４ｂの高さが不揃いで、その
頂上面の平面度も低い。このようなセパレータ１０４が
燃料電池に用いられると、アノード１０２やカソード１
０３との接触面積が減少し、接触抵抗が増大するという
問題点を生じる。
【０００５】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、小突起の高さと、その頂上面の平面度とを一定に維
持することができる燃料電池用セパレータの製造金型、
燃料電池用セパレータの成形構造、及び燃料電池用セパ
レータの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池用セパ
レータの製造金型は、基板部に小突起群が設けられた形
態を有する燃料電池用セパレータの製造金型であって、
表面が所定の表面粗さに仕上げられた型基部と、前記表
面に密着して配置され、所定の均一な厚さを有し、厚さ
方向に複数の貫通孔が形成されたプレートとを有するも
のである（請求項１）。上記のように構成された製造金
型では、プレートの複数の貫通孔と、型基部の表面とに
よって構成される複数の小凹部により、燃料電池用セパ
レータの小突起群が成形される。ここで、小突起群の頂
上面は、所定の表面粗さに仕上げられた型基部の表面に
よって成形される。従って、小突起群の頂上面は、所定
の表面粗さに仕上げられる。また、小突起群の高さはプ
レートの厚さによって決まる。従って、小突起群は、所
定の均一な高さとなる。
【０００７】また、上記製造金型（請求項１）におい
て、貫通孔は、型基部に面する一方側から他方側へ漸次
大きくなっていてもよい（請求項２）。この場合、成形
された燃料電池用セパレータをプレートから離型すると
き、小突起が貫通孔から抜けやすい。
【０００８】また、本発明の燃料電池用セパレータの成
形構造は、表面が所定の表面粗さに仕上げられた下型基
部と、前記表面に密着して配置され、所定の均一な厚さ
を有し、厚さ方向に複数の貫通孔が形成されたプレート
と、前記プレートの周辺部に配置され、所定の高さを有
する側面枠と、前記プレートを底面とし、前記側面枠の
内面を側壁面とする凹部空間内に充填される燃料電池用
セパレータの成形原料と、前記側面枠に内挿され、前記
成形原料を圧縮する上型とを備えるものである（請求項
３）。上記のように構成された成形構造では、プレート
を底面とし、側面枠の内面を側壁面とする凹部空間内に
燃料電池用セパレータの成形原料が充填され、この成形
原料が上型により圧縮されて燃料電池用セパレータの基
板部が成形される。また、プレートの複数の貫通孔と、
下型基部の表面とによって構成される複数の小凹部によ
り、燃料電池用セパレータの小突起群が成形される。す
なわち、小突起群の頂上面は、所定の表面粗さに仕上げ
られた下型基部の表面によって成形される。従って、小
突起群の頂上面は、所定の表面粗さに仕上げられる。ま
た、小突起群の高さはプレートの厚さによって決まる。
従って、小突起群は、所定の均一な高さとなる。
【０００９】また、本発明の燃料電池用セパレータの製
造方法は、所定の均一な厚さを有し、厚さ方向に複数の
貫通孔が形成されたプレートを、所定の表面粗さに仕上
げられた下型基部の表面に密着して配置し、前記プレー
トの周辺部に、所定の高さを有する側面枠を配置し、前
記プレートを底面とし、前記側面枠の内面を側壁面とす
る凹部空間内に燃料電池用セパレータの成形原料を充填
し、前記側面枠に上型を内挿して、前記成形原料を圧縮
し、圧縮された状態の成形原料を加熱して成形し、成形
されてできた燃料電池用セパレータを前記上型、側面
枠、下型基部及びプレートから離型するものである（請
求項４）。上記のような燃料電池用セパレータの製造方
法では、プレートを底面とし、側面枠の内面を側壁面と
する凹部空間内に燃料電池用セパレータの成形原料が充
填され、この成形原料が上型により圧縮・加熱されて燃
料電池用セパレータの基板部が成形される。また、プレ
ートの複数の貫通孔と、下型基部の表面とによって構成
される複数の小凹部により、燃料電池用セパレータの小
突起群が成形される。小突起群の頂上面は、所定の表面
粗さに仕上げられた下型基部の表面によって成形され
る。従って、小突起群の頂上面は、所定の表面粗さに仕
上げられる。また、小突起群の高さはプレートの厚さに
よって決まる。従って、小突起群は、所定の均一な高さ
となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
による燃料電池用セパレータの製造金型（若しくは成形
構造）を示す分解斜視図である。当該製造金型は、直方
体状の下型基部１と薄板状のプレート２とによって構成
される下型３と、側面枠４と、直方体状の上型５とによ
って構成される。下型基部１の表面１ａは、研磨・ラッ
ピング等により鏡面仕上げ（表面粗さ０．１μｍＲａ以
下）された上質の平面である。プレート２は、下型基部
１の表面１ａに密着して配置され、所定の均一な厚さ
（０．２ｍｍ以上、例えば０．５ｍｍ）を有し、厚さ方
向に複数の貫通孔２ａが形成されている。これらの貫通
孔２ａは、ドリルを用いて機械加工により形成される。
ドリルが貫通するため、孔の深さはプレート２の厚さに
完全に一致する。側面枠４は、プレート２の周辺部に配
置され、所定の高さを有する。上型５は、側面枠４に内
挿され、成形原料を圧縮する。
【００１１】次に、上記のように構成された製造金型を
用いた燃料電池用セパレータの製造方法について説明す
る。図２に示すように、まず、下型基部１の上にプレー
ト２を密着させ、さらにその上に側面枠４を置く。この
状態で、プレート２を底面とし、側面枠４の内面４ａを
側壁面とする凹部空間Ｖ内に、燃料電池用セパレータ
（以下、セパレータという。）の成形原料６Ｐを充填す
る。成形原料６Ｐとしては、結着性粉末（例えば膨張黒
鉛粉末）、黒鉛粉又は導電性カーボンに熱硬化性樹脂
（例えばフェノール樹脂）を所定量添加した組成物が導
電性に優れている点で好ましい。次に、上型５を押し込
み（図３参照）、圧縮するとともに、全体を加熱して圧
縮加熱成形する。このときの成形面圧は１５０〜３００
ｋｇｆ／ｃｍ ２、成形温度は１４０〜１８０℃が好まし
い。なお、プレート２は、両側面の温度差により反りが
生じる場合があるので、予め成形温度に加熱しておくこ
とが好ましい。
【００１２】成形完了後、図４に示すように、上型５及
び側面枠４を取り去り、成形されたセパレータ６が付着
した状態のプレート２を、下型基部１から離型する。次
に、図５に示すように、図示しない既知の吸着手段を用
いてセパレータ６をプレート２から取り外す。こうし
て、基板部６ｂに複数の小突起６ａが整列して設けられ
たセパレータ６が得られる。ここで、セパレータ６の小
突起６ａの高さは、プレート２の貫通孔２ａの深さ、す
なわちプレート２の厚さによって決まる。従って、小突
起６ａの高さは一定である。また、小突起６ａの頂上面
の平面度は、下型基部１の表面１ａ（図１）によって決
まる。従って、前述の鏡面仕上げにより、小突起６ａの
頂上面は、優れた、しかも均一な平面度を有している。
このようにして成形されたセパレータ６が燃料電池の単
セルに組み込まれると、各小突起６ａの頂上面の全面が
アノードやカソードに対して面接触して、十分な接触面
積を安定して確保することができる。従って、接触抵抗
が小さい。
【００１３】なお、上記のように、下型３を、下型基部
１とプレート２とに分けて用意することにより、下型基
部１は簡単な形状となり、プレート２への貫通孔２ａの
加工は簡単であることから、金型制作費が安価になる。
また、セパレータ６を取り出した後のプレート２及び下
型基部１の清掃が容易である。さらに、使用回数に応じ
て、比較的安価に製作できるプレート２のみを取り替え
ることにより、下型基部１は長期にわたって使用でき
る。
【００１４】図６は第２の実施形態による燃料電池用セ
パレータの製造金型を示す断面図である。本実施形態で
は、プレート２の貫通孔２ａの内壁面が、下型基部１の
表面に対して垂直ではなく、貫通孔２ａの直径が上方に
なるほど拡がるように所定角度傾斜して円錐面状に形成
されている。この所定角度は、１〜１０度が好ましい。
その他の構成及び製造方法に関しては、第１の実施形態
と同様である。このように貫通孔２ａの内壁面を傾斜さ
せると、プレート２から成形されたセパレータ６を離型
するとき、小突起６ａが抜けやすい。従って、離型作業
が容易である。なお、上記傾斜は必ずしも直線的でなく
てもよく、要するに、貫通孔２ａが、下型基部１に面す
る一方側から他方（上方）側に漸次大きくなる形状であ
ればよい。
【００１５】なお、上記各実施形態において、プレート
２の貫通孔２ａは丸孔であるが、角孔にすることもでき
る。この場合は、例えば、プレスによる打ち抜きにより
角孔を設ける。
【００１６】
【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の燃料電池用セパレータの製造
金型によれば、燃料電池用セパレータの小突起群の頂上
面は、所定の表面粗さに仕上げられた型基部の表面によ
って成形されるので、小突起群の頂上面は、所定の表面
粗さに仕上げられる。また、小突起群の高さはプレート
の厚さによって決まるので、小突起群は、所定の均一な
高さとなる。従って、小突起の高さと、その頂上面の平
面度とを一定に維持することができる。
【００１７】請求項２の燃料電池用セパレータの製造金
型によれば、成形された燃料電池用セパレータをプレー
トから離型するとき、小突起が貫通孔から抜けやすいの
で、離型作業が容易である。
【００１８】請求項３の燃料電池用セパレータの成形構
造によれば、燃料電池用セパレータの基板部が、下型基
部上に置かれたプレートと側面枠とによって成形され、
小突起群の頂上面は、所定の表面粗さに仕上げられた下
型基部の表面によって成形されるので、小突起群の頂上
面は、所定の表面粗さに仕上げられる。また、小突起群
の高さはプレートの厚さによって決まるので、小突起群
は、所定の均一な高さとなる。従って、小突起の高さ
と、その頂上面の平面度とを一定に維持することができ
る。
【００１９】請求項４の燃料電池用セパレータの製造方
法によれば、燃料電池用セパレータの基板部が、下型基
部上に置かれたプレートと側面枠とによって成形され、
小突起群の頂上面は、所定の表面粗さに仕上げられた下
型基部の表面によって成形されるので、小突起群の頂上
面は、所定の表面粗さに仕上げられる。また、小突起群
の高さはプレートの厚さによって決まるので、小突起群
は、所定の均一な高さとなる。従って、成形品を上型、
側面枠、下型基部及びプレートから離型することによ
り、小突起の高さと、その頂上面の平面度とを一定に維
持した燃料電池用セパレータを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料電池用セパ
レータの製造金型を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す製造金型において、下型に側面枠を
重ねて、成形原料を充填した状態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す状態から、上型を押し込んだ状態を
示す斜視図である。
【図４】上記製造金型における成形後の離型手順を示す
分解斜視図である。
【図５】上記製造金型における、プレートからの燃料電
池用セパレータの離型を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による燃料電池用セパ
レータの製造金型の一部を示す断面図である。
【図７】セパレータの一例を示す斜視図である。
【図８】従来の製造方法に基づいて、上記セパレータを
成形するときの状態を示す断面図である。
【図９】固体高分子電解質型の燃料電池を構成する単セ
ルの一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 下型基部 １ａ 表面 ２ プレート ２ａ 貫通孔 ３ 下型 ４ 側面枠 ５ 上型 ６ セパレータ ６ａ 小突起 ６ｂ 基板部 ６Ｐ 成形原料 Ｖ 凹部空間
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年９月２５日（２０００．９．２
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池用セパ
レータの製造金型は、基板部に小突起群が設けられた形
態を有する燃料電池用セパレータの製造金型であって、
表面が所定の表面粗さに仕上げられた下型基部と、前記
表面に密着して配置されることにより前記下型基部と共
に下型を形成し、所定の均一な厚さを有し、厚さ方向に
複数の貫通孔が形成されたプレートと、前記プレート上
に置かれ、所定の高さを有する側面枠とを有するもので
ある（請求項１）。上記のように構成された製造金型で
は、プレートの複数の貫通孔と、下型基部の表面とによ
って構成される複数の小凹部により、燃料電池用セパレ
ータの小突起群が成形される。ここで、小突起群の頂上
面は、所定の表面粗さに仕上げられた下型基部の表面に
よって成形される。従って、小突起群の頂上面は、所定
の表面粗さに仕上げられる。また、小突起群の高さはプ
レートの厚さによって決まる。従って、小突起群は、所
定の均一な高さとなる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】また、上記製造金型（請求項１）におい
て、貫通孔は、下型基部に面する一方側から他方側へ漸
次大きくなっていてもよい（請求項２）。この場合、成
形された燃料電池用セパレータをプレートから離型する
とき、小突起が貫通孔から抜けやすい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】また、本発明の燃料電池用セパレータの成
形構造は、表面が所定の表面粗さに仕上げられた下型基
部と、前記表面に密着して配置されることにより前記下
型基部と共に下型を成し、所定の均一な厚さを有し、厚
さ方向に複数の貫通孔が形成されたプレートと、前記プ
レート上に置かれ、所定の高さを有する側面枠と、前記
プレートを底面とし、前記側面枠の内面を側壁面とする
凹部空間内に充填される燃料電池用セパレータの成形原
料と、前記側面枠に内挿され、前記成形原料を圧縮する
上型とを備えるものである（請求項３）。上記のように
構成された成形構造では、プレートを底面とし、側面枠
の内面を側壁面とする凹部空間内に燃料電池用セパレー
タの成形原料が充填され、この成形原料が上型により圧
縮されて燃料電池用セパレータの基板部が成形される。
また、プレートの複数の貫通孔と、下型基部の表面とに
よって構成される複数の小凹部により、燃料電池用セパ
レータの小突起群が成形される。すなわち、小突起群の
頂上面は、所定の表面粗さに仕上げられた下型基部の表
面によって成形される。従って、小突起群の頂上面は、
所定の表面粗さに仕上げられる。また、小突起群の高さ
はプレートの厚さによって決まる。従って、小突起群
は、所定の均一な高さとなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】また、本発明の燃料電池用セパレータの製
造方法は、所定の均一な厚さを有し、厚さ方向に複数の
貫通孔が形成されたプレートを、所定の表面粗さに仕上
げられた下型基部の表面に密着して配置することにより
前記下型基部と共に下型を構成し、前記プレート上に、
所定の高さを有する側面枠を置き、前記プレートを底面
とし、前記側面枠の内面を側壁面とする凹部空間内に燃
料電池用セパレータの成形原料を充填し、前記側面枠に
上型を内挿して、前記成形原料を圧縮し、圧縮された状
態の成形原料を加熱して成形し、成形されてできた燃料
電池用セパレータを前記上型、側面枠、下型基部及びプ
レートから離型するものである（請求項４）。上記のよ
うな燃料電池用セパレータの製造方法では、プレートを
底面とし、側面枠の内面を側壁面とする凹部空間内に燃
料電池用セパレータの成形原料が充填され、この成形原
料が上型により圧縮・加熱されて燃料電池用セパレータ
の基板部が成形される。また、プレートの複数の貫通孔
と、下型基部の表面とによって構成される複数の小凹部
により、燃料電池用セパレータの小突起群が成形され
る。小突起群の頂上面は、所定の表面粗さに仕上げられ
た下型基部の表面によって成形される。従って、小突起
群の頂上面は、所定の表面粗さに仕上げられる。また、
小突起群の高さはプレートの厚さによって決まる。従っ
て、小突起群は、所定の均一な高さとなる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】
【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の燃料電池用セパレータの製造
金型によれば、燃料電池用セパレータの小突起群の頂上
面は、所定の表面粗さに仕上げられた下型基部の表面に
よって成形されるので、小突起群の頂上面は、所定の表
面粗さに仕上げられる。また、小突起群の高さはプレー
トの厚さによって決まるので、小突起群は、所定の均一
な高さとなる。従って、小突起の高さと、その頂上面の
平面度とを一定に維持することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板部に小突起群が設けられた形態を有す
    る燃料電池用セパレータの製造金型であって、 表面が所定の表面粗さに仕上げられた型基部と、 前記表面に密着して配置され、所定の均一な厚さを有
    し、厚さ方向に複数の貫通孔が形成されたプレートとを
    有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造金
    型。
  2. 【請求項２】前記貫通孔は、前記型基部に面する一方側
    から他方側へ漸次大きくなっている請求項１記載の燃料
    電池用セパレータの製造金型。
  3. 【請求項３】表面が所定の表面粗さに仕上げられた下型
    基部と、 前記表面に密着して配置され、所定の均一な厚さを有
    し、厚さ方向に複数の貫通孔が形成されたプレートと、 前記プレートの周辺部に配置され、所定の高さを有する
    側面枠と、 前記プレートを底面とし、前記側面枠の内面を側壁面と
    する凹部空間内に充填される燃料電池用セパレータの成
    形原料と、 前記側面枠に内挿され、前記成形原料を圧縮する上型と
    を備えることを特徴とする燃料電池用セパレータの成形
    構造。
  4. 【請求項４】所定の均一な厚さを有し、厚さ方向に複数
    の貫通孔が形成されたプレートを、所定の表面粗さに仕
    上げられた下型基部の表面に密着して配置し、 前記プレートの周辺部に、所定の高さを有する側面枠を
    配置し、 前記プレートを底面とし、前記側面枠の内面を側壁面と
    する凹部空間内に燃料電池用セパレータの成形原料を充
    填し、 前記側面枠に上型を内挿して、前記成形原料を圧縮し、 圧縮された状態の成形原料を加熱して成形し、 成形されてできた燃料電池用セパレータを前記上型、側
    面枠、下型基部及びプレートから離型することを特徴と
    する燃料電池用セパレータの製造方法。
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