JP2006021341A - 燃料電池セパレータの成型機 - Google Patents

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Tomohiro Inoue
智広 井上
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Nok Corp
Nok株式会社
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

【課題】 平行度の向上した燃料電池セパレータを成型することが可能な燃料電池セパレータの成型機を提供する。
【解決手段】 加熱した上金型2及び下金型3を加圧して燃料電池セパレータを成型する成型機1において、上金型2及び下金型3を加熱・保温する加熱部10と、上金型2及び下金型3を加圧する加圧部20とをそれぞれ別に設けた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、燃料電池セパレータを成型する燃料電池セパレータの成型機に関する。
固体高分子形燃料電池は、水素、酸素(空気)を反応させて、水を得る過程で電気を取り出す原理を用いて発電する電池である。燃料電池の構成は、水素イオンを透過する電解質膜を挟み込む形で2枚のセパレータが配置されている。これをセルと呼び、1セルを何層にも重ね合わせて燃料電池スタックができる。セパレータは、水素、酸素を遮断する遮断性と、電気を取り出すことのできる導電性とを有することが必要である。
燃料電池の電極面では、イオンを交換する電解質膜と一体化された電極部がセパレータと接触する。そのため、燃料電池セパレータと電極部が均一に接触することが必要である。均一に接触しないと、イオン交換が均一に行われないため、電解質膜の耐久性が低下する等の問題が生じる。
セパレータと電極部が均一に接触しない原因として、セパレータの平行度が悪いことが挙げられる。通常、セパレータを成型すると、金型や成型機の強度や粉体材料の投入時の不均一から、セパレータの平行度が0.2mm〜0.3mmとなる。しかし、電解質膜の耐久性や発電効率を向上させるためには、セパレータの平行度は、0.05mm以内であることが好ましい。
この問題を解決するために、特許文献1には材料の均一投入方法が開示されている。しかし、金型や成型機の強度が低いと、特許文献1の方法を用いた場合であっても、セパレータの平行度を0.05mm以下にすることは不可能である。
通常、成型機や金型には、加熱するためのヒータや、その熱を効率よく利用して成型機への熱伝導を低下させるための断熱板が設けられている。図4、図5は従来の成型機101を示している。図4は型締め時の状態であり、図5は型開き時の状態である。図4、図5において、上板102と下板103の間に上金型104と下金型105が配置されている。上金型104は上板102に固定されており、可動シリンダロッド106,107の可動に伴い上板102と共に上下に移動可能となっている。上金型104と上板102の間及び下金型105と下板103の間にはそれぞれ金型から成型機101への熱伝導を防止する断熱板108,109が介在している。また、上金型104の型開き面には金型位置決めピン110,111が配置されている。不図示のヒータは上金型及び下金型にインサートされている。
そして、このような従来の成型機において、金型の撓みを小さくするために金型の厚みを大きくする方法があり、金型の厚みを厚くすることによって圧縮量の歪み量は小さくすることは可能である。しかし、金型の下に設置させている断熱板の影響による金型の撓みは小さくすることが困難である。そこで、高強度の断熱板を使用し、断熱板をさらに薄くする方法が用いられている。しかし、これでは断熱板が薄くなることによる成型機への熱伝導が生じ、成型機の作動の不具合や、成型機の熱による変形が生じてしまう。
また、成型機の作動の不具合や変形を抑えるために、金型温度を比較的低温に設定し、長時間成型を行う方法もあるが、成型時間が長時間に及ぶため、セパレータのコストが高くなり、生産性に問題がある。
特開2001−62858号公報
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、平行度の向上した燃料電池セパレータを成型することが可能な燃料電池セパレータの成型機を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
加熱した金型を加圧して燃料電池セパレータを成型する成型機において、
前記金型を加熱・保温する加熱部と、前記金型を加圧する加圧部とをそれぞれ別に設けたことを特徴とする燃料電池セパレータの成型機である。
本発明によると、成型機の断熱板が高圧縮時に影響を及ぼすことがなくなり、平行度の向上した燃料電池セパレータを成型することが可能となる。
図面を参照して、実施の形態について説明する。図1は実施の形態に係る成型機の型保温時の状態を示す断面図である。図2は実施の形態に係る成型機の型開き時の状態を示す断面図である。図3は実施の形態に係る成型機の型締め時の状態を示す断面図である。
図1〜図3に示すように、燃料電池セパレータの成型機1は、金型(上金型2及び下金型3をいう)を加熱・保温する加熱部10と、材料を挟み込んだ金型を加圧する加圧部20と、をそれぞれ別に備えて構成されている。
加熱部10は、上下の上板11と下板12とを有し、上板11と下板12のそれぞれに厚い断熱板13,14を介在させてある。上板11には上金型2が配置され、下板12には下金型3が配置される。この上板11は、図2に示すように、金型を大きく型開きさせるために可動シリンダロッド15,16の可動に伴い上板11と共に上金型2が上下に移動可能となっている。
ここで、上金型2及び下金型3は、加熱部10から加圧部20へ移動するように加熱部10に設けられたスライドレール17,18によってスライド可能に構成されている。また、上金型2及び下金型3にはヒータがインサートされており、成型準備段階では図1の状態で、加熱部10で160℃〜220℃に加熱・保温される。この上金型2及び下金型3には、燃料電池セパレータの上下面のパターンが形成されている。また、上金型2の型開き面には型締め時の金型の位置決めを行う金型位置決めピン4,5が配置されている。
なお、加熱部でも図2の状態から図1の状態へと型締め可能であるが、その型締め力は小さくて良く、5トン〜30トンである。
一方、加圧部20は、上板21と下板22とを有し、上板21は可動シリンダロッド23,24で上板21が型締めできるように上下に移動可能となっている。この上板21の上下への移動距離は少なく、加熱部10からスライドしてきた金型が上板21と下板22の間に差し込まれる程度に上に移動できればよい。しかし、加圧部20での加圧力は大きく、型締め力は100トン〜800トンの範囲に設定される。
この加圧部20は、加熱部10に隣接して設けられ、金型がスライド移動できるように、加熱部10のスライドレール17,18に接続してスライドレール25,26が設けら
れている。
以上の構成の燃料電池セパレータの成型機1を用いた成型について説明する。
まず、成型の準備として、図1に示すように、加熱部10に金型を保持し、上金型2及び下金型3を型締めした状態で金型を加熱・保温しておく。加熱温度は160℃〜220℃である。
次に、図2に示すように、加熱部10の上板11を上に移動して金型を型開きして、材料を上金型2と下金型3との間に投入する。燃料電池セパレータの材料としては、黒鉛にフェノール樹脂を混合したもの等が用いられる。
材料の投入後は図1のように加熱部10の上板11を下に移動させて型締めして上金型2と下金型3とをくっつける。そして、この金型をスライドレール17,18,25,26に沿って加熱部10から加圧部20へスライドさせ、図3のように、加圧部20に金型を持ってくる。そして、加圧部20で金型を高圧縮の力で型締めし、成型が完了する。
以上の工程において、この成型は20秒〜50秒程度で行われる。このように短時間であるので、加圧部20に高温の金型を保持しても、加圧部20には熱伝導し難く、高温とならず、成型機1の作動の不具合や、成型機1の熱による変形が生じない。このため、本実施の形態では加圧部20には断熱板が設けられていない。なお、加圧部20に断熱板を設けてもよいが、非常に薄い断熱板を用いるだけで十分である。
また、加熱部10においては、十分な厚みを有する断熱板を備えているので、加熱部10でも熱伝導し難い。
以上の燃料電池セパレータの成型機1においては、加圧部20には断熱板がないこと、若しくは設けても非常に薄い断熱板であることから、加圧部20における高圧縮時の断熱板の歪みによる燃料電池セパレータの平行度の悪化を防ぐことができる。よって、成型された燃料電池セパレータの平行度は、0.05mm以下となり、平行度を向上することができる。
また、金型温度を高温にでき、型締めは加圧部20で大きな力を用いて行えるので、短時間成型が可能となり、コスト低減が図れる。
実施の形態に係る成型機の型保温時の状態を示す断面図である。 実施の形態に係る成型機の型開き時の状態を示す断面図である。 実施の形態に係る成型機の型締め時の状態を示す断面図である。 従来技術の成型機の型締め時の状態を示す断面図である。 従来技術の成型機の型開き時の状態を示す断面図である。
符号の説明
1 成型機
2 上金型
3 下金型
4,5 ピン
10 加熱部
11 上板
12 下板
13,14 断熱板
15,16 可動シリンダロッド
17,18 スライドレール
20 加圧部
21 上板
22 下板
23,24 可動シリンダロッド
25,26 スライドレール

Claims (1)

  1. 加熱した金型を加圧して燃料電池セパレータを成型する成型機において、
    前記金型を加熱・保温する加熱部と、前記金型を加圧する加圧部とをそれぞれ別に設けたことを特徴とする燃料電池セパレータの成型機。
JP2004199285A 2004-07-06 2004-07-06 燃料電池セパレータの成型機 Withdrawn JP2006021341A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008004291A (ja) * 2006-06-20 2008-01-10 Toyota Motor Corp 燃料電池用プレスメタルセパレータの製造方法
JP2009095985A (ja) * 2007-10-12 2009-05-07 Seiko Co Ltd 金型

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