JP2006021341A

JP2006021341A - 燃料電池セパレータの成型機

Info

Publication number: JP2006021341A
Application number: JP2004199285A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Inoue; 智広井上
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2006-01-26

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

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。