JP2003048212A

JP2003048212A - 粉体投入装置、燃料電池セパレータ製造装置、および燃料電池セパレータの製造方法

Info

Publication number: JP2003048212A
Application number: JP2001238955A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tamaki; 淳玉木
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】下金型に原料粉体を投入するに際し、この原
料粉体を均一に投入する。【解決手段】燃料電池セパレータの下面パターンが形
成される下金型１０と、この下金型１０に対して原料粉
体を投入する粉体投入装置２０と、燃料電池セパレータ
の上面パターンが形成されると共に、下金型１０に対し
て原料粉体が投入された後、この下金型１０に重ねられ
る上金型とを備え、この粉体投入装置２０は、スライド
するスライド部３０と、原料粉体を載せるフィルム３１
をこのスライド部３０に備え、フィルム３１をスライド
部３０のスライド動作に追従して順次折り返して、第１
枠体２２、第２枠体２３およびフィルム３１によって収
容された原料粉末を下金型１０に投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉体投入装置等に
係り、特に、粉末状の原料である粉体を金型に投入する
粉体投入装置等に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電効率が高く環境性にも優れて
いるエネルギー供給源として、燃料電池が注目されてい
る。この燃料電池の中で、電解質に固体高分子を使った
固体高分子型燃料電池(ＰＥＦＣ:Polymer Electrolyte
Fuel Cells)が最も注目されている。この固体高分子型
燃料電池は、電解質となるフィルム状のイオン交換膜の
両側に触媒層を持ち、更にその両側には集電体が設けら
れ、膜・電極接合体(ＭＥＡ)を形成している。そして、
その外側に、燃料の通り道となる溝を付けたセパレータ
が設けられ、ＭＥＡとセパレータとの間を水素あるいは
酸素が通り、これらを全て一つとしてセルを構成してい
る。このセル１枚で約０.７Ｖの電位差が得られる場合
に、例えばこのセルを３００枚重ねて直列につなぎ、例
えば２１０Ｖの電圧を得るスタックを構成することがで
きる。

【０００３】この燃料電池に用いられるセパレータは、
板状の表面に細い溝(流路)が形成され、この溝は、ガス
拡散電極とガスとの接触面積を増大させる目的で、セパ
レータの主要領域に対して蛇行して細かなピッチで形成
されている。そして、その性能としては、供給される水
素や酸素のガスを透過させないことが要求されると共
に、燃料電池の電極となっていることから、導電性が要
求される。更に、セパレータとＭＥＡとの間での導電性
の悪化を防止するために、面精度を確保することが要求
されている。

【０００４】かかる性能を図るために、セパレータを製
造する方法として、カーボン粉末等の原料粉体をプレス
機の下金型の中に投入し、上金型をその上に重ね、プレ
ス機で加圧すると共に加熱して成型する方法が採用され
ている。例えば特開２００１−６２８５８号公報では、
原料粉体を金型に均一に投入するために、原料粉体の投
入装置に摺動可能なスライドプレートを設け、原料粉体
が充填された投入装置を金型にセットし、スライドプレ
ートを摺動させて原料粉体を金型に投入する技術が開示
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、燃料電池
に用いられるセパレータでは、金型に原料粉体を均一に
投入されることが要求される。即ち、成型金型へ投入さ
れた原料の水平方向の高さが均一ではないと、面方向に
密度ムラが発生し、機械特性や電気特性などの諸特性の
悪化を招いてしまう。上記特開２００１−６２８５８号
公報では、スライドプレートを摺動させて原料粉体を落
下させているが、原料粉体がスライドプレートに付着
し、摺動方向につられて落下してしまい、金型への均一
な粉体投入が困難となる。

【０００６】また、投入装置に複数の投入口を設け、各
投入口の開口面積をできるだけ小さくして、面精度を改
善することも可能である。しかしながら、摺動するスラ
イドプレートによって金型に粉体を投入しようとする
と、各投入口の間における仕切の跡が残りやすく、面内
の均一性が阻害される。特に、流動性の比較的低い粉体
原料を用いる場合に、かかる現象が顕著に現れてしま
う。

【０００７】更に、一般の燃料電池用のセパレータで
は、例えば、厚さ数ｍｍ、数十ｍｍ〜数百ｍｍ角の板状
体に対し、燃料ガスの流路(溝)が形成されている部位
と、ボルト等で固着される部位とを備えている。各々の
部位に求められている機械特性、電気特性等は、その部
位が果たす目的によって異なることから、原料粉体を各
々の部位に適した密度とすることが望ましい場合もあ
る。しかしながら、最適な密度分布を得るにあたり、金
型内の原料粉体の分布を調整することは難しく、必要な
品質を得るためには、多大な作業時間と熟練が要求され
てしまう。

【０００８】本発明は、以上のような技術的課題を解決
するためになされたものであって、その目的とするとこ
ろは、例えば金型に原料粉体を投入するに際し、この原
料粉体を均一に投入することにある。また、他の目的
は、例えば金型に投入する原料粉体において、簡易に所
望の密度分布を持たせることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、例えば柔軟なフィルムの上に載せられ
た原料粉体に対し、スライドするフィルム折り返し部を
備え、フィルム折り返し部のスライド動作によってフィ
ルムを折り返していくことで、原料粉体を均一に落下さ
せている。即ち、本発明が適用される粉体投入装置は、
投入すべき粉体を収容する粉体収容手段と、この粉体収
容手段の底部を構成する部位を順次折り返して粉体を落
下させる粉体落下手段とを備えたことを特徴としてい
る。ここで、この粉体収容手段の底部を構成する部位
は、折り返すことができ、かつ収容されている粉体の横
滑りを軽減することが可能なものであれば、適宜、選択
することができる。

【００１０】他の観点から把握すると、本発明が適用さ
れる粉体投入装置は、収容される粉体における水平方向
の流動を拘束する枠体と、この枠体の下面に近接または
接する位置に設けられ、この枠体と共に粉体を収容可能
な容器を構成し、粉体との接触を解放することにより収
容されている粉体を排出可能なフィルムとを備え、この
フィルムは、粉体から順次、剥がれる等、粉体に接触し
ている面をフィルムの面内方向に実質的に移動させるこ
となく、粉体との接触を解放可能に形成されていること
を特徴としている。

【００１１】また、本発明が適用される燃料電池セパレ
ータ製造装置は、燃料電池セパレータの下面パターンが
形成される下金型と、この下金型に対して原料粉体を投
入する粉体投入装置と、燃料電池セパレータの上面パタ
ーンが形成されると共に、下金型に対して原料粉体が投
入された後、下金型に重ねられる上金型とを備え、この
粉体投入装置は、原料粉体を載せるフィルムを有し、こ
のフィルムを折り返して下金型に原料粉末を投入するこ
とを特徴としている。

【００１２】ここで、この粉体投入装置は、収容される
原料粉体における水平方向の流動を拘束するための枠体
を高さ方向に複数段配置することを特徴とすれば、製造
される燃料電池セパレータの構造に合わせて、供給する
原料粉体の量を調整できる点で好ましい。

【００１３】一方、本発明は、粉体投入装置を介して金
型の下金型内に粉末状の原料を投入し、上金型との間で
加熱・加圧して成形する燃料電池セパレータの製造方法
であって、粉体投入装置によって形成される粉体収容容
器に原料を収容する工程と、粉体収容容器の底部を形成
する部材を順次離隔または剥がすことにより、収容され
ている原料を下金型に投入する工程とを含むことを特徴
としている。

【００１４】更に、本発明が適用される燃料電池セパレ
ータの製造方法は、下面を形成する部材と共に第１のマ
スクパターンを有する第１の枠体を用いて粉末状の原料
を収容し、粉末状の原料が収容されたこの第１の枠体の
上に、第１のマスクパターンとはマスク領域の異なる第
２のマスクパターンを有する第２の枠体を重ね合わせ、
この第２の枠体を用いて粉末状の原料を収容し、下面を
形成する部材を取り除くことによって、第１の枠体を用
いて収容される粉末状の原料および第２の枠体を用いて
収容される粉末状の原料を下金型に投入することを特徴
としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本実施
の形態が適用されるセパレータ製造装置を示した図であ
る。このセパレータ製造装置は、下金型１０と粉体投入
装置２０、および図示しない上金型を含んでいる。粉体
投入装置２０は、原料粉体を充填し、下金型１０に落下
投入(排出)している。下金型１０には、セパレータの下
面のパターンが形成されており、また、図示しない係合
部によって粉体投入装置２０との位置決めがなされる。
上金型にはセパレータの上面パターンが形成されてお
り、粉体投入装置２０によって原料粉体が下金型１０に
投入された後、下金型１０と重ね合わされてセパレータ
を成型している。

【００１６】図２(ａ),(ｂ)は、セパレータ製造装置に
よって成型されるセパレータの一例を示した図である。
図２(ａ)は平面図であり、図２(ｂ)は、図２(ａ)のＡ-
Ａ断面の一部を示している。但し、図１等で示す下金型
１０や粉体投入装置２０の形状とは必ずしも一致してい
ない。燃料電池に用いられるセパレータ７０は、図２に
示すような厚さ５ｍｍ以下程度の薄い板状の形状物であ
り、その縦横の寸法は、１００〜５００ｍｍ程度であ
る。また、その中央部には、細い溝７１が形成されてい
る。この細い溝７１は、セパレータ７０の両面または片
面に対し、セパレータ７０の中央部分から所定の範囲内
に設けられ、蛇行して細かいピッチで形成されている。
また、セパレータ７０の外枠周辺には、ネジの取り付け
穴７２等が形成されている。このようにセパレータ７０
の外枠の周辺部は、取り付け穴７２を用いた締め付け作
業等の必要性から、その中央部よりも高い強度が要求さ
れている。そのために、本実施の形態では、外延部の周
辺に対し、原料粉体の密度を高く(ほぼ２倍に)してい
る。

【００１７】図３は、図１に示したセパレータ製造装置
を更に詳述するための図である。下金型１０に取り付け
られる粉体投入装置２０は、下金型１０に位置決めされ
るベース２１、このベース２１に対してスライド(摺動)
するスライド部３０を備えており、このスライド部３０
には、反転するフィルム３１が設けられている。また、
粉体投入装置２０は、原料粉体を収容してベース２１に
投入するための第１枠体２２および第２枠体２３を装着
することが可能である。更に、第１枠体２２および第２
枠体２３には、成型されるセパレータ７０の形状、即
ち、金型の原料を投入する部位に合わせて、例えば開口
部を有するセパレータ７０の形状に合わせ、所定のマス
ク部２４が設けられている。例えば、図３に示す第１枠
体２２には、下金型１０の突起部１１の位置にその突起
部１１よりも寸法を大きくしたマスク部２４を形成し、
第１のマスクパターンを構成している。この第１枠体２
２および第２枠体２３は、原料粉体の水平方向の流動を
拘束する機能を果たしている。

【００１８】ベース２１、第１枠体２２、第２枠体２３
は、その材質として、例えば、鉄等の金属、樹脂等を使
用することができる。セパレータ７０を製造するための
用途では、原料粉末の静電気による付着を防ぐ意味で金
属が好ましく、あるいは、樹脂を用いる場合には、導電
性材料が分散され帯電性が抑えられた樹脂を用いること
が望ましい。また、原料粉体を長く滞留させるものでは
ないことから、原料粉体の種類に応じて、原料粉体を汚
染しない程度に有機物、灰分等が低いことが好ましい。

【００１９】また、第１枠体２２および第２枠体２３
は、製造するセパレータ７０の大きさに合わせ、更に、
枠の強度を考慮して選定されるが、１ｍ角程度は問題が
ない。通常、数ｃｍ角以上が用いられるが、中でも１０
ｃｍ角以上が好ましい。また、通常、２００ｃｍ角以下
が用いられるが、中でも１００ｃｍ角以下が好ましい。

【００２０】ここで、本実施の形態では、マスク部２４
の形状が異なる２種類の枠体(第１枠体２２および第２
枠体２３)を積層して使用している。本実施の形態にお
ける成型品であるセパレータ７０は、前述のように、そ
の周辺部においてボルト締めを行なうことから、強度を
高くすることが好ましい。この強度を高めるためには、
原料粉体の量を増すことが有効である。本実施の形態に
おける第２枠体２３は、マスク部２４にて第２のマスク
パターンを形成し、中央部以外の枠体周辺部に原料粉体
を充填することができる。この第２枠体２３と第１枠体
２２とによって、枠体周辺部の原料粉体の量を２倍にす
ることができ、中央部に比べて粉体の密度を大きくし、
強度を高めることが可能である。尚、第１枠体２２と第
２枠体２３とで充填する粉体の組成等を適宜、変更する
こともできる。

【００２１】次に、本実施の形態における最も特徴的な
構成であるスライド部３０について詳述する。図４は、
本実施の形態におけるスライド部３０の一例を示した外
観構成図である。ここでは、両端のスライド枠３４にフ
ィルム折り返し部３２およびスライドプレート３３が設
けられ、このフィルム折り返し部３２とスライドプレー
ト３３を覆うフィルム３１が設けられている。図３に示
す下金型１０に原料粉体を投入前であって、スライド部
３０のスライド前(引き出し前)、ベース２１にスライド
部３０が閉じられた状態にて、フィルム３１の上に原料
粉体が載せられる。即ち、本実施の形態では、第１枠体
２２によって原料粉体の水平方向の流動が規制され、ス
ライド部３０が閉じた状態にて第１枠体２２の下面に接
する、あるいは１ｍｍ程度以下まで近接するフィルム３
１によって下方向への流動が拘束される。この第１枠体
２２とフィルム３１とによって、原料粉体を収容可能な
容器を構成することができる。

【００２２】フィルム折り返し部３２は、単数または複
数のローラによって、または後述するような板状部材に
よって、フィルム３１を折り返す機能を備えている。ロ
ーラを用いる場合には、例えばφ４程度の鋼の丸棒を用
いることができ、両端のスライド枠３４を中心として回
転させるように構成しても構わない。スライドプレート
３３は、フィルム３１だけでは上部に載せられた原料粉
体を支えることができない場合(フィルムの撓みが大き
くなる場合等)に、フィルム３１を支持し、原料粉体を
フィルム３１上に保持するために設けられている。フィ
ルム３１が載せられた原料粉体を保持するのに十分な張
力を備えている場合には、スライドプレート３３は不要
となる。本実施の形態では、ベース２１の枠体(第１枠
体２２)の下面に沿って図示するスライド方向にスライ
ド部３０が摺動(スライド)することにより、フィルム３
１がフィルム折り返し部３２で反転し(折り返し)、フィ
ルム３１による原料粉体との接触を解放することによ
り、ベース２１の枠体(第１枠体２２および第２枠体２
３)に装填されている原料粉体を下金型１０に投入させ
ることができる。

【００２３】図５は、フィルム３１の折り返し機構の一
例を説明するための図である。フィルム３１は、スライ
ド部３０のスライド方向への摺動によって、フィルム折
り返し部３２で順に反転される。そのために、ここで
は、ベース２１の第１固定部４１および第２固定部４２
にフィルム３１の両端を固定し、スライド部３０のスラ
イド方向への摺動によってフィルム３１を引っ張るロー
ラ等のフィルム引張部３５をスライド枠３４に設けた。
第１固定部４１および第２固定部４２は、スライド方向
と直交する方向に伸びる梁などで構成される。図５に示
すように、フィルム３１は、第１固定部４１からフィル
ム折り返し部３２で反転し、フィルム引張部３５に掛け
られた後に、第２固定部４２に固定される。例えば、第
２固定部４２にフィルム３１を取り付けた後、ベース２
１から伸びる固定機構４３を調整して、フィルム３１を
撓まないように張ることが可能である。かかる構造で
は、固定機構４３は、フィルム３１を張った後に、複数
のビス等を用いてベース２１に固定される。

【００２４】図５に示す状態から、スライド部３０がス
ライド方向に摺動すると、フィルム引張部３５によって
引っ張られたフィルム３１は、フィルム折り返し部３２
にて、順次、折り返され、反転していく。この折り返さ
れるフィルム３１によって、ベース２１の下面が閉塞状
態から開放状態へと連続的に変化する。その結果、積載
された原料粉体とフィルム３１の面との関係は、スライ
ド部３０のスライド方向における摺動によってもこすら
れることがなく、順次、はがれていく状態となり、原料
粉体自身に摺動方向への移動力を抑制することができ
る。その結果、下金型１０への原料粉体の均一な投入が
可能となる。

【００２５】ここで用いられるフィルム３１は、撓みが
生じにくいことが好ましい。但し、製造されるセパレー
タ７０は薄い構造であり、枠体(第１枠体２２および第
２枠体２３)に仕込まれる原料粉体は、厚み１ｍｍ以上
５ｃｍ以下、中でも１.５ｍｍ以上数ｃｍ以下程度であ
ることから、フィルム３１に対する単位面積あたりの原
料粉体の重量は小さい。また、フィルム３１の裏面は、
原料粉体が横滑りせずに、ローラ等のフィルム折り返し
部３２との追随が問題なくできることが必要である。フ
ィルム３１のテンションは、あまりかけすぎると原料粉
体の落下状態に悪影響を与える場合もあることから、原
料粉体の性状に合わせて選択することが望まれる。

【００２６】また、フィルム３１の材質としては、特に
制限はないが、ローラ等によって形成されるフィルム折
り返し部３２の径を小さくして、枠体(第１枠体２２お
よび第２枠体２３)と下金型１０との距離を短くできる
程度に柔軟なものが好ましい。例えば、ＰＥＴ，ポリエ
ステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、テ
フロンなどの樹脂フィルムや、ステンレス、銅、アルミ
などの金属フィルム、合成紙(天然紙と樹脂紙との複合
体、積層体を含む)などを用いることができる。燃料電
池セパレータ用には、原料粉体が帯電しないことが望ま
しい場合があるので、表面に帯電防止剤あるいはフィル
ムをコーティングする等、所定の静電防止処理を施すこ
とも有効である。例えば、樹脂フィルムでは、カーボン
ブラックなどを練り込んだ帯電防止フィルムを使用する
ことができる。

【００２７】更に、フィルム３１の厚さとしては、通
常、数μｍ以上、数百μｍ以下が適用でき、好ましく
は、数十μｍ以上、百μｍ以下である。但し、用いられ
る材質によって最適な厚さは異なってくる。

【００２８】次に、前述したフィルム折り返し部３２に
ついて説明する。例えば粉体が真下に落下するのが最適
だとすると、ローラのような曲面であると、落下以外の
横方向成分(例えば、曲率方向成分)の力が原料粉体に対
して働きやすくなる。そのために、フィルム折り返し部
３２のローラはできるだけ細いものが好ましいが、枠の
幅(両側のスライド枠３４の間隔)が広いと強度が弱くな
ることから、通常は、直径数ｍｍから数ｃｍ程度のもの
が用いられる。ピアノ線なども有効である。

【００２９】図６(ａ)〜(ｃ)は、フィルム折り返し部３
２を説明するための図である。ここでは、１つのローラ
ではなく、複数(２つ)のローラ３７によってフィルム折
り返し部３２を形成している。前述のように、折り返し
部分に曲面がある(Ｒがある)と、折り返し部分における
スムーズな粉体の落下が阻害され易くなる。また、落下
する粉体への干渉を抑える意味で、図６(ａ)に示すよう
な折り返しの角度θが９０度に近いものではなく、折り
返しの角度θを９０度以下、好ましくは、８５度以下に
することが望ましい。その下限値としては、図６(ｂ)に
示すような折り返しの角度θが３０度以上とすることが
できる。尚、このフィルム折り返し部３２は、１つのロ
ーラや図６(ａ),(ｂ)に示す複数のローラ３７を用いる
代わりに、図６(ｃ)に示すような形状を有する板状部材
３８によって構成することができる。このとき、フィル
ム３１が反転する折り返し部(板状部材３８の先端部)
は、Ｒ＝０.５〜１.０ｍｍ程度とすることが好ましい。

【００３０】図７は、スライド部３０に、流動規制機構
を備えた構成を示した図である。ここでは、ローラ３７
によって形成されるフィルム折り返し部３２の近傍に、
整流板３９を設けた点に特徴がある。ここで設けられる
整流板３９は、原料粉体に横方向の力がかかり難いよう
に、落下する原料粉体の横方向の流動を抑制する邪魔板
として機能している。この整流板３９は、フィルム折り
返し部３２の粉体の落下するところに設置すると効果的
であり、スライド枠３４に固定すると容易である。

【００３１】次に、本実施の形態が適用される粉体投入
装置の使用方法、即ち、本実施の形態によるセパレータ
７０の製造方法について説明する。まず、製造に用いら
れる原料粉体であるが、燃料電池セパレータの製造であ
れば、加熱、加圧成型させるため、高温で溶けて炭素質
粉末を結着できるものとして、炭素質粉末と結着材とを
混合したものが用いられる。炭素質粉末としては、通
常、黒鉛粉末が用いられる。この黒鉛粉末としては特に
制限はなく、鱗片状、粒状、塊状、土状等の天然黒鉛、
石油コークスやピッチコークス等を主原料に、混捏、成
形、焼成、黒鉛化により製造された塊状等の人造黒鉛等
を必要に応じて粉砕したもの、その他、膨張黒鉛などを
用いることができる。

【００３２】結着材としては、フェノール樹脂、ポリオ
レフィン樹脂、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴ
ム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴムなどのゴム類
が好ましく、中でも、加熱、加圧成形条件下で分解ガス
の発生などにより成形物中に欠陥を生じないもの、例え
ば、加熱減量(窒素ガス雰囲気下で５℃／ｍｉｎの昇温
速度で室温から１５０℃まで加熱したときの５０〜１５
０℃の間での重量減量)が２重量％以下となるものを選
択するのが好ましい。

【００３３】炭素質粉末と結着材の混合は、これらに更
に必要に応じて硬化剤、架橋剤等を加えて、タンブラー
ブレンダー、リボンブレンダーなどの混合機により均一
に混合するか、一軸または二軸押し出し機等の混練機に
より、混合、混練することにより行われる。この混合時
に、通常、３００℃以下で加熱したり、炭素質粉末を予
め有機溶剤や水性媒体で湿潤させておき、炭素質粉末と
結着材とをより一層、均一に混合することができる。結
着材の使用量は、炭素質粉末１００重量部に対して１〜
６０重量部とするのが好ましく、１〜３０重量部とする
のが更に好ましい。特に、結着材として熱硬化性樹脂、
ゴム、熱可塑性エラストマーを用いる場合には、炭素質
粉末１００重量部に対して１〜２０重量部とするのが好
ましい。結着材の使用量が上記範囲未満では、得られる
セパレータの機械的強度等が劣る傾向となり、この範囲
を超えるとセパレータの導電性等の性能が損なわれる。

【００３４】本実施の形態における粉体投入装置を使用
するに際し、粉体であれば特に制限はないが、流動性の
低いもの、例えば造粒物の投入に向いている。流動性が
高すぎると、本来、落ちては困る粉体がスライド部３０
の開口部に向かって崩れやすくなるので、ある程度の粘
性がある方がこの粉体投入装置には好ましい。粒径とし
ては、通常１０μｍ〜５ｍｍの範囲であり、好ましくは
１００μｍ〜３ｍｍである。また、嵩密度としては、通
常０.２〜０.８(ｇ/ｃｃ)の範囲であり、好ましくは０.
３〜０.６(ｇ/ｃｃ)である。更に、安息角としては、通
常２０〜６０°の範囲であり、好ましくは３０〜５０°
である。

【００３５】このような原料粉体に対し、まず、粉体投
入の作業が行われる。このとき、まず、図３に示す第１
枠体２２を備えた粉体投入装置２０を下金型１０の上に
セットする。このとき、図示しない位置決め部(係合部)
に基づいてセットされる。また、スライド部３０は閉じ
た状態に置く。これによって、第１枠体２２とスライド
部３０に設けられたフィルム３１とによって原料粉体を
収容可能な状態となる。そして、粉体投入装置２０の第
１枠体２２に原料粉体を投入した後、すり切りによって
高さを均一化する。次に、原料粉体が充填された第１枠
体２２の上に、第２枠体２３を載せる。この第２の枠体
２３による水平方向の流動拘束と、第１枠体２２に収容
された原料粉体による下方規制とによって、原料粉体を
収容可能な状態となる。そして、この第２枠体２３に原
料粉体を投入した後、すり切りによって高さを均一化さ
せる。これらの作業によって、原料粉体を枠体(第１枠
体２２および第２枠体２３)に収容(充填)することがで
きる。前述したように、２つの枠体(第１枠体２２およ
び第２枠体２３)に原料粉体を収容することによって、
例えば、強度を強化したい周辺部に対して、原料粉体の
密度を増すことが可能となる。

【００３６】次に、スライド部３０をスライド方向にス
ライド(摺動)させ、フィルム３１を順次、反転させてシ
ャッターを開け、フィルム３１を剥がすようにして原料
粉体を下金型１０に落下させる。その後、粉体投入装置
２０を下金型１０から取り外し、下金型１０への原料粉
体の投入が終了する。下金型１０へ投入された原料粉体
は、スライド部３０の摺動方向への移動の影響が軽減さ
れ、水平方向の力が軽減されていることから、規則正し
く、均一に投入されている。

【００３７】原料粉体が投入された下金型１０に、図示
しない上金型を重ね、加熱炉に導入して加熱する。この
ときの温度は、結着材のガラス転移点(Ｔｇ)に対して、
(Ｔｇ＋２０℃)以上、好ましくは(Ｔｇ＋３０℃)以上、
更に好ましくは結着材の融点(Ｔｍ)以上、また更に好ま
しくは(Ｔｍ＋２０℃)以上、より好ましくは(Ｔｍ＋３
０℃)程度である。但し、加熱温度が過度に高いと、被
成形物の流動性が高くなりすぎ、バリ等が発生しやすく
なることから、通常は、結着材の分解点未満、特に、Ｔ
ｍ＋１００℃以下、とりわけ、Ｔｍ＋５０℃以下が好ま
しい。尚、結着材の分解点とは、ＤＳＣ法等の熱分析に
より、窒素ガス雰囲気下で５℃/ｍｉｎの昇温速度で、
室温から加熱したとき、吸熱または発熱を開始する温度
を指している。

【００３８】加熱炉で加熱を行った後、降温して成形金
型を取り出し、加圧成形機に導入して加圧成形を行う。
加圧成形機における成形圧力および成形温度は、用いる
炭素質粉末および結着材の種類や配合等に応じて、被成
形物から十分にガスが抜けて炭素質粉末と結着材との融
合が十分に行われ、得られる成形体に割れやそりなどの
変形が生じないように、適宜、設定される。成形圧力
は、通常４０〜４００ＭＰａ、特に６５〜３００ＭＰａ
とするのが好ましく、成形圧力がこの範囲未満である
と、十分に炭素質粉末と結着材とが融合しない。また、
成形圧力がこの範囲を超えると、バリが発生し易い傾向
がある。その後、加圧成形を行った後、脱圧して金型を
取り出し、結着材のＴｇよりも低い温度に降温した後
に、型抜きを行う。以上のような一連の製造方法によっ
て、セパレータ７０を得ることができる。

【００３９】以上、詳述したように、本実施の形態にお
ける粉体投入装置２０は、水平方向の流動を拘束するた
めの枠体(第１枠体２２および第２枠体２３)と、この枠
体の下面に接するように設けられたフィルム３１とフィ
ルム折り返し部３２とを有するフィルム移動機構である
スライド部３０と、枠体を支持する支持体であるベース
２１からなる。このスライド部３０が枠体(第１枠体２
２)の下面に沿って摺動することで、フィルム３１が折
り返され、枠体(第１枠体２２)の下面が閉塞状態から開
放状態へと連続的に変化する構造としている。これによ
って、枠体の中に保持された粉体に水平方向への力を与
えることなく、枠体の下面を塞いでいるフィルム３１の
開閉が行われ、下金型１０へ粉体が均一に投入すること
が可能となる。

【００４０】また、開口部を有するセパレータ形状の場
合には、この粉体投入装置２０の枠体内にマスク部２４
を設けることで対応でき、更に異なるマスク形状を有す
る枠体(第１枠体２２と第２枠体２３)を積層して使用す
ることにより、下金型１０内に投入する粉体の高さに所
望の分布を持たせることも可能である。これによって、
各々の部位に求められている機械特性、電気特性等に合
わせて、好ましい密度にて粉体を投入することができ
る。

【００４１】

【発明の効果】このように、本発明によれば、例えば金
型に粉体を投入するに際し、この粉体を均一に投入する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態が適用されるセパレータ製造装
置を示した図である。

【図２】 (ａ),(ｂ)は、セパレータ製造装置によって
成型されるセパレータの一例を示した図である。

【図３】図１に示したセパレータ製造装置を更に詳述
するための図である。

【図４】本実施の形態におけるスライド部の一例を示
した外観構成図である。

【図５】フィルムの折り返し機構の一例を説明するた
めの図である。

【図６】 (ａ)〜(ｃ)は、フィルム折り返し部を説明す
るための図である。

【図７】スライド部に流動規制機構を備えた構成を示
した図である。

【符号の説明】

１０…下金型、２０…粉体投入装置、２１…ベース、２
２…第１枠体、２３…第２枠体、２４…マスク部、３０
…スライド部、３１…フィルム、３２…フィルム折り返
し部、３３…スライドプレート、３４…スライド枠、３
７…ローラ、３８…板状部材、３９…整流板、４１…第
１固定部、４２…第２固定部、４３…固定機構、７０…
セパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｌ 31:00 Ｂ２９Ｌ 31:00 Ｆターム(参考） 4F201 AA03 AA09 AA37 AA45 AA46 AB18 AC04 AH33 BA06 BC01 BC02 BC12 BC15 BC37 BD02 BQ09 BQ15 BQ35 BQ40 4F202 AA03 AA09 AA37 AA45 AA46 AB18 AC04 AH81 CA09 CB01 CK42 CK52 CK90 4F204 AA03 AA09 AA37 AA45 AA46 AB18 AC04 AH81 FA01 FB01 FF01 FF23 FN11 FN15 FQ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投入すべき粉体を収容する粉体収容手段
と、前記粉体収容手段の底部を構成する部位を順次折り返し
て粉体を落下させる粉体落下手段とを備えたことを特徴
とする粉体投入装置。
【請求項２】前記粉体落下手段は、前記粉体収容手段
の底面一方向に対してスライドするスライド部を備え、
当該スライド部のスライド動作に基づいて前記部位を折
り返すことを特徴とする請求項１記載の粉体投入装置。
【請求項３】収容される粉体における水平方向の流動
を拘束する枠体と、前記枠体の下面に近接または接する位置に設けられ、当
該枠体と共に粉体を収容可能な容器を構成し、粉体との
接触を解放することにより収容されている粉体を排出可
能なフィルムとを備え、前記フィルムは、粉体に接触している面を当該フィルム
の面内方向に実質的に移動させることなく、粉体との接
触を解放可能に形成されていることを特徴とする粉体投
入装置。
【請求項４】前記フィルムは、粉体から順次、剥がれ
ることで、粉体の接触が解放されることを特徴とする請
求項３記載の粉体投入装置。
【請求項５】燃料電池セパレータの下面パターンが形
成される下金型と、前記下金型に対して原料粉体を投入する粉体投入装置
と、前記燃料電池セパレータの上面パターンが形成されると
共に、前記下金型に対して原料粉体が投入された後、当
該下金型に重ねられる上金型とを備え、前記粉体投入装置は、原料粉体を載せるフィルムを有
し、当該フィルムを折り返して前記下金型に原料粉末を
投入することを特徴とする燃料電池セパレータ製造装
置。
【請求項６】前記粉体投入装置は、収容される原料粉
体における水平方向の流動を拘束するための枠体を高さ
方向に複数段配置することを特徴とする請求項５記載の
燃料電池セパレータ製造装置。
【請求項７】粉体投入装置を介して金型の下金型内に
粉末状の原料を投入し、上金型との間で加熱・加圧して
成形する燃料電池セパレータの製造方法であって、前記粉体投入装置によって形成される粉体収容容器に原
料を収容する工程と、前記粉体収容容器の底部を形成する部材を順次離隔また
は剥がすことにより、収容されている原料を前記下金型
に投入する工程とを含むことを特徴とする燃料電池セパ
レータの製造方法。
【請求項８】金型の下金型内に粉末状の原料を投入し
て上金型との間で加熱・加圧して成形する燃料電池セパ
レータの製造方法であって、下面を形成する部材と共に第１のマスクパターンを有す
る第１の枠体を用いて粉末状の原料を収容し、粉末状の原料が収容された前記第１の枠体の上に、前記
第１のマスクパターンとはマスク領域の異なる第２のマ
スクパターンを有する第２の枠体を重ね、前記第２の枠体を用いて粉末状の原料を収容し、前記下面を形成する部材を取り除くことによって、前記
第１の枠体を用いて収容される粉末状の原料および前記
第２の枠体を用いて収容される粉末状の原料を前記下金
型に投入することを特徴とする燃料電池セパレータの製
造方法。