JP2006044120A - 樹脂成形品の成形装置および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉体成形材料を成形板により加圧して樹脂成形品の成形を行う樹脂成形品の成形装置および成形方法において、熱効率が悪く、成形品の冷却時間が長くかかる問題を解決する。
【解決手段】 樹脂成形品の成形装置は、対向する第一の盤２と第二の盤４の少なくとも一方の盤２に取付けられた冷却板７と、直接加熱可能または他から加熱可能であって冷却板７に対して当接および離隔され粉体成形材料Ｂから成形される樹脂成形品Ａの成形面１７ａを有する成形板１５と、第一の盤２と第二の盤４との間で成形板１５および冷却板７を介して加圧を行う加圧機構６とが備えられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、粉体成形材料を成形板により加圧して樹脂成形品の成形を行う樹脂成形品の成形装置および成形方法に関するものである。

樹脂成形品の成形装置、とりわけ燃料電池用セパレータの成形装置としては、射出成形によるものやプレス成形によるもの等各種のものが知られている。燃料電池用セパレータの成形装置においても使用される成形材料は、カーボンと該カーボン同士を結着させるバインダとして熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含むものが使用されている。それらの成形材料はカーボンの含有量が多いため、成形時に所望の形状に賦形することが難しいという問題がある。またプレス成形の金型に供給される成形材料の形態としては、板状体、可塑性を有する溶融体、または粉体からなるものがそれぞれ使用されている。その中で黒鉛粒子と熱可塑性樹脂の混合物を成形材料として金型に供給し燃料電池用セパレータをプレス成形するものとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１においては、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂の混合物を、熱可塑性樹脂の融点以上の温度で金型に充填する。そして前記混合物を所定の圧力の下で、熱可塑性樹脂の融点より低い温度（取り出し温度）まで冷却することが記載されているが、具体的な装置が開示されておらず明確ではない。すなわち特許文献１の図１に示される装置では、熱盤による加圧から冷却盤による加圧に変更する際に、前記混合物に継続して圧力を及ぼすことができないという問題があり、冷却盤による再加圧時に成形される溝形状の位置に僅かにズレが発生するなどの問題があった。また融点以上の温度の混合物を金型内に充填する際に均一に充填することが困難であるという問題もあった。

上記の問題を解決するものとして特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２においては、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂の粉末状態の混合物を、金型に供給し、通電あるいは超音波振動の付与を行い、前記混合物自体を発熱させ、その後一定温度に保たれた金型により、前記混合物を冷却して所定の形状の成形品とすることが記載されている。しかし特許文献２においては、熱容量が大きく一定温度に保たれた金型に混合物を供給した後に加熱を行うため、前記金型に熱を奪われ、熱効率が悪かった。また前記混合物を短時間で融点以上に昇温させるためには、前記金型の温度は高い方が望ましく、その結果図１にも示されるように成形品の冷却に時間がかかっていた。

特開２００３−１０９６２２号公報（００２５ないし００３２、図１） 特開２００３−１６８４４４号公報（００２２ないし００４０、図１、図２、図１２）

そこで本発明は、粉体成形材料を成形板により加圧して樹脂成形品の成形を行う成形装置および成形方法において、熱効率が悪く、成形品の冷却時間が長くかかる問題を解決するとともに、厚さが略均一であって溝形状等の形状が良好に成形される樹脂成形品の成形装置および成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の樹脂成形品の成形装置は、対向する第一の盤と第二の盤の少なくとも一方の盤に取付けられた冷却板と、直接加熱可能または他から加熱可能であって冷却板に対して当接および離隔され粉体成形材料から成形される樹脂成形品の成形面を有する成形板と、第一の盤と第二の盤との間で成形板および冷却板を介して加圧を行う加圧機構と、が備えられたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の樹脂成形品の成形装置は、対向する第一の盤と第二の盤の少なくとも一方の盤に取付けられた冷却板と、直接加熱可能であって冷却板に対して当接および離隔される抵抗加熱板と、少なくとも成形時に抵抗加熱板に当接され、粉体成形材料から成形される樹脂成形品の成形面を有する成形板と、第一の盤と第二の盤との間で成形板および冷却板を介して加圧を行う加圧機構と、が備えられたことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の樹脂成形品の成形装置は、請求項１または請求項２において、成形板は、冷却板と比較して熱容量の小さい成形板からなり、成形板は材料供給後、冷却板から離隔状態で加熱開始されることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の樹脂成形品の成形装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、成形板は下成形板と上成形板とからなり、下成形板には凹部が形成され、材料供給時に凹部内に粉体成形材料が供給された後、擦り切り装置により粉体成形材料の厚みが均一化されることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の樹脂成形品の成形装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、成形板は下成形板と上成形板とからなり、下成形板は、樹脂成形品の表面または裏面の一方を成形する底板と、樹脂成形品の側面を成形する側壁部とから凹部が形成され、底板に対して側壁部は着脱可能に設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の樹脂成形品の成形方法は、請求項１に記載の樹脂成形品の成形装置により、熱可塑性樹脂を含む粉体成形材料を使用し、熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以下の温度の成形板に粉体成形材料を供給し、供給された粉体成形材料の厚みを擦り切り装置により均一化し、成形板を冷却板から離隔状態で該成形板を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、成形板と冷却板を直接または間接的に当接させ融点以上に加熱された成形板を熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以下に下降させつつ成形材料を加圧することを特徴とする。

本発明の請求項７に記載の樹脂成形品の成形方法は、請求項６において、プレス装置には直接加熱可能であって冷却板に対して当接および離隔される抵抗加熱板が配設され、抵抗加熱板に対して非当接状態の成形板に粉体成形材料が供給されている間に、同時に抵抗加熱板が冷却板に離隔状態で加熱されることを特徴とする。

本発明の請求項８に記載の樹脂成形品の成形方法は、対向する第一の盤と第二の盤の少なくとも一方の盤に取付けられた加熱盤と、加熱可能であって加熱盤に対して当接および離隔される成形板と、第一の盤と第二の盤との間で成形板および加熱盤を介して粉体成形材料を加圧する加圧機構とが設けられた樹脂成形品の成形装置により、熱硬化性樹脂を含む粉体成形材料を使用し、熱硬化性樹脂の溶融開始温度以下の温度の成形板に粉体成形材料を供給し、成形板が加熱盤から離隔状態で該成形板を熱硬化性樹脂の少なくとも溶融開始温度以上に加熱し、成形板と加熱盤を直接または間接的に当接させ成形材料を加圧するとともに成形板を硬化温度以上に加熱または硬化温度以上を維持することを特徴とする。

本発明の請求項９に記載の樹脂成形品の成形方法は、請求項６ないし請求項８のいずれか１項において、粉体成形材料はカーボンを含み、成形される樹脂成形品は燃料電池用セパレータであることを特徴とする。

本発明の樹脂成形品の成形装置は、対向する第一の盤と第二の盤の少なくとも一方の盤に取付けられた冷却板と、加熱可能であって冷却板に対して当接および離隔される成形板と、第一の盤と第二の盤との間で成形板を介して粉体成形材料を加圧する加圧機構と、が備えられたので、粉体成形材料から成形される樹脂成形品の成形時の加熱および冷却を効率的に行うことができ、冷却時間を短縮することができる。

本発明の実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１は、本発明の樹脂成形品の成形装置における成形品の取出時の状態を示す断面図である。図２は、本発明の樹脂成形品の成形装置における粉体成形材料の供給時の状態を示す断面図である。図３は、本発明の樹脂成形品の成形装置における成形板が載置された成形前の状態を示す断面図である。図４は、本発明の樹脂成形品の成形装置における加圧中の状態を示す断面図である。

図１ないし図４に示されるように、樹脂成形品の成形装置のプレス装置１は、第一の盤である下固定盤２に載置された下型３に対して、第二の盤である上可動盤４に取付けられた上型５が対向して配設されている。そして、前記上可動盤４には、成形材料を加圧する加圧機構である加圧シリンダのラム６が固定され、上可動盤４および上型５は、加圧シリンダの駆動により、対向する下固定盤２および下型３に対して昇降移動されるようになっている。なおプレス装置１の加圧機構については、前記ラム６によるものに限定されず、電動機を用いた他の機構のものでもよく、下可動盤を上固定盤に向けて上昇させるものでもよい。

下型３について説明すると、下固定盤２上には下型３の一部を構成する冷却板７が取付けられている。冷却板７は上面が平面からなり、前記上面には電気的な絶縁体であって弾性体であるゴムシート７ａが貼付けられている。また冷却板７の内部には複数の温調用媒体通路７ｂが形成され所定の温度に制御されるようになっている。そして冷却板７の上方には、下型３の一部を構成する抵抗加熱板８が加熱板移動機構９によって冷却板７に対して当接および離隔可能に保持されている。抵抗加熱板８は、冷却板７と比較すると熱容量が小さい板状体であって、本実施形態においては、厚さが３ｍｍの略矩形のステンレス板からなっている。そして抵抗加熱板８の上面にも、電気的な絶縁体であって弾性体であるゴムシート８ａが貼付けられている。

なお直接加熱可能な加熱板として用いられる抵抗加熱板は、他の装置を必要とせずにプレス装置に組込み可能な点において優れている。しかし加熱板としては、冷却板よりも熱容量が小さく、冷却板に対して当接および離隔可能に保持されているものであれば、本実施形態以外に、誘導加熱方式によるものやマイクロ波により加熱されるもの等であってもよい。

プレス装置１の加熱板移動機構９について説明すると、加熱板移動機構９は、ホルダ１０と弾発部材であるバネ１１からなっている。冷却板７の一側近傍と他側近傍の下固定盤２上には、複数のバネ１１がそれぞれ上方に向けて固定されている。そして前記バネ１１の上端には断面Ｌ字状であって内側に係合部１０ａが設けられたホルダ１０が固定されており、ホルダ１０の上端は抵抗加熱板８の一側と他側における裏面８ｂにそれぞれ固着されている。また冷却板７の一側と他側の側面には、側方に向けて張り出した係止部７ｃが形成されている。そして前記ホルダ１０は前記バネによって上方に向けて付勢され、前記ホルダ１０の係合部１０ａが冷却板７の係止部７ｃと係止されることにより、抵抗加熱板８が冷却板７から一定以上離隔されないようになっている。また抵抗加熱板８に対して下向きの力が加えられた時には、前記バネ１１が収縮し、抵抗加熱板８の裏面８ｂと冷却板７の表面のゴムシート７ａが当接されるようになっている。更に前記ホルダ１０には電極１０ｂが設けられ、図示しない電源からホルダ１０の電極１０ｂを介して通電がなされて抵抗発熱されることにより抵抗加熱板８が加熱可能となっている。よってホルダ１０におけるバネ１１との当接面や係合部１０ａは電気的に絶縁されており、ホルダ１０の上端は直接抵抗加熱板８に固着されている。

なお加熱板移動機構は、冷却板に対して加熱板を当接および離隔させるものであれば他の構成のものでもよい。例えば冷却板の上面または内部にバネを配設し、バネにより加熱板を保持するようにしてもよい。またバネに替えてシリンダや電動機構により、加熱板を冷却板に対して移動させるものでもよい。よって加熱板が冷却板に対して所定間隔に離隔可能であれば、ホルダは必須のものではない。更に加熱板移動機構は、加熱板と当接される冷却板の側に取付けられたものに限定されず、第一の盤の冷却板に当接される加熱板を保持する加熱板移動機構が第二の盤に取付けられたものであってもよい。

また本実施形態においてプレス装置１の上型５については、下型と略同一構造であって、下面にゴムシート１２ａが貼付けられた冷却板１２が配設されており、冷却板１２に対して抵抗加熱板１３が加熱板移動機構１４により当接および離隔可能に保持されている。そして加熱板移動機構１４の構造も下型３と略同一となっている。なお本発明において冷却板に対して当接および離隔可能に保持される抵抗加熱板は、下型または上型の一方のみに配設され、加圧時に下型または上型の一方から加熱および冷却を行うものであってもよい。またプレス装置の下型と上型を含む成形空間を真空室によって外界と隔離可能とするとともに前記真空室に真空ポンプを接続し、前記成形空間を真空状態とするようにしてもよい。

次に樹脂成形品の成形装置１の成形板について説明する。成形板は、粉体成形材料に直接接触し、燃料電池用セパレータである成形品Ａの成形を行うものである。本実施形態において成形板は、下成形板１５と上成形板１６とからなる一対の成形板からなっている。そして前記下成形板１５および上成形板１６は嵌合された状態で、プレス装置１の抵抗加熱板８上の所定位置に搬入・搬出されるようになっている。下成形板１５は、底板１７と所定の高さを有する枠状の側壁部１８とからなっている。底板１７の上面には、粉体成形材料から成形される成形品Ａである燃料電池用セパレータの表面Ａ１（または裏面Ａ２）の溝形状を賦形する成形面１７ａを有している。そして前記成形面１７ａの周囲には、嵌合凹部１７ｂが形成されている。そして前記嵌合凹部１７ｂには、前記側壁部１８が着脱可能に嵌合されるようになっている。また上成形板１６の下面には、前記下成形板１５の側壁部１８の中に嵌合される嵌合凸部１６ａが形成されている。そして嵌合凸部１６ａの下面には、成形品Ａの裏面Ａ２（または表面Ａ１）の溝形状を賦形する成形面１６ｂを有している。なお抵抗加熱板の表面にゴムシートを貼着せずに、下成形板における底板の裏面および上成形板の裏面にゴムシートを貼着してもよい。

次に樹脂成形品の成形装置の材料供給・成形品取出機構について説明する。プレス装置１の近傍には材料供給・成形品取出機構が配設されている。材料供給・成形品取出機構については一部のみしか図示しないが、プレス装置１の近傍に成形板載置台が配設されている。そして前記プレス装置１と前記成形板載置台の間には、前記一対の成形板である下成形板１５および上成形板１６をプレス装置１へ搬入・搬出する移載機構が配設されている。また前記成形板載置台またはその近傍には、下成形板１５に対して上成形板１６のみを上昇させる上成形板昇降機構と、下成形板１５の側壁部１８を底板１７に対して着脱する側壁部着脱機構、成形品Ａを取出す成形品取出機構、粉体成形材料Ｂを供給する材料供給機構、および供給された粉体成形材料Ｂを略均一な厚さにする擦り切り機構等が配設されている。擦り切り機構は、擦り切り部材１９と該擦り切り部材１９を下成形板１５の側壁部１８の上面１８ａに沿って移動させる移動手段とからなっている。なお前記材料供給・成形品取出機構は上記に限定されず、下成形板１５に供給された粉体成形材料Ｂをより均一にするため、振動付与装置や突固め装置等を配設してもよい。また成形品Ａである燃料電池用セパレータを離型する際にはエア供給、または成形板を反曲させるようにしてもよい。更には前記材料供給・成形品取出機構の少なくとも一部は自動化せずに、作業員が行うようにしてもよい。

次に樹脂成形品の成形方法について図１ないし図４により説明する。本実施形態における燃料電池用セパレータ用の粉体成形材料Ｂは、カーボン粒子が５０重量％ないし９５重量％と、バインダとして熱可塑性樹脂が含まれている。粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ホリフェニレンサルファルド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、アクリル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、およびフッソ樹脂等が使用される。ただし本実施形態において粉体成形材料Ｂは、カーボン粒子と熱可塑性樹脂以外のものを含まないという趣旨ではない。なお成形材料として粉体成形材料Ｂを使用することにより、成形品Ａの溝部分と突条部分の容積に応じた供給量を供給することができ、樹脂板状体から成形品を成形するものと比較して、成形品Ａの各部の密度を略均等にすることができる。

図１に示されるように、成形品取出時および材料供給時には、成形の完了した下成形板１５、上成形板１６、および成形品Ａは、プレス装置１から図示しない成形板載置台の上へ図示しない移載装置によって移載され、抵抗加熱板８，１３と非当接状態に置かれる。そして上成形板１６が図示しない上成形板昇降機構により下成形板１５から上昇されて、上成形板１６の成形面１６ｂと成形品Ａの裏面Ａ２（または表面Ａ１）の間が離型される。次に下成形板１５の底板１７から側壁部１８が図示しない側壁部着脱機構によって分離され、成形品Ａの側面Ａ３の離型がなされる。その後前記底板１７から成形品Ａの表面Ａ１（または裏面Ａ２）が図示しない成形品取出機構によって離型され、成形品Ａは下成形板１５および上成形板１６の間から完全に取出される。なお本実施形態の成形品Ａの厚みは突条部分の厚い部分で０．５ｍｍである。そしてその後下成形板１５の底板１７に対して側壁部１８が図示しない側壁部着脱機構によって再び嵌合される。

そして図２に示されるように、前記下成形板１５の底板１７と側壁部１８によって形成される凹部２０には図示しない供給機構から粉体成形材料Ｂが供給され、供給された粉体成形材料Ｂは、擦り切り機構の擦り切り部材１９が側壁部１８の上面１８ａに沿って移動されることにより擦り切られ、側壁部１８の上面１８ａの高さと略均一に平均化される。本実施形態では凹部２０の深さは成形面１６ｂに溝部が形成された深い部分で１ｍｍであり、粉体成形材料Ｂは各溝部の部分同士、または各突条部分同士がそれぞれ略均一な厚さに平均化される。この際の下成形板１５の温度は、前回のプレス成形時に冷却板７によって熱を奪わていることにより、粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度（ＩＳＯ７５）よりも低い温度（一例として５０℃）に降温されている。よって下成形板１５に供給された粉体成形材料Ｂは、材料同士が溶着または材料が下成形板１５に溶着されずに、擦り切り機構によって略均一な厚さに平均化されやすい。なお成形される成形品Ａの厚さが前記のように極めて薄い場合、成形板の温度が高いと粉体成形材料の厚さを略均一な厚さに平均化することが困難となるので、成形板の温度を低くした際の効果がより大きい。また本実施形態のように粉体成形材料Ｂを使用することにより、溶融材料を使用するものと比較して材料の熱履歴を少なくすることができ、成形材料の劣化を防ぐことができる。

下成形板１５の上に粉体成形材料Ｂが載置されると、上成形板１６が下降され、上成形板１６の成形面１６ｂが前記粉体成形材料Ｂに当接され、下成形板１５と上成形板１６の間に粉体成形材料Ｂが挟持された一対の成形板が準備される。そして前記一対の成形板は、図示しない移載機構により、成形板載置台からプレス装置１の下型３に配設された抵抗加熱板８上の定位置へ搬入される。またこの成形板への粉体成形材料Ｂの供給されている間に、同時にプレス装置１の下型３および上型５の抵抗加熱板８，１３へは、冷却板７，１２から離隔した状態で、通電が開始されており、粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度（一例として２００℃）に加熱されている。

そして図３に示されるように、下型３の加熱された抵抗加熱板８上の定位置に前記一対の成形板が載置され、移載装置が後退すると、ラム６が作動され上型５が下降され、上型５の抵抗加熱板１３が上成形板１６の裏面１６ｃに当接されると上可動盤４の下降は一時停止される。そしてこの状態においては、上型５の冷却板１２と抵抗加熱板１３、または下型３の冷却板７と抵抗加熱板８はそれぞれ非当接状態であって、前記抵抗加熱板８，１３から前記一対の成形板に伝熱がなされる。そして前記一対の成形板である下成形板１５および上成形板１６についても粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に昇温され、内部の粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂が溶融状態または半溶融状態となり、粉体成形材料の間に存在した空隙が減少し、前記下成形板１５の側壁部１８の内側に上成形板１６の嵌合凸部１６ａが僅かに嵌合された状態となる。

なお抵抗加熱板８，１３へ通電し直接加熱開始するタイミングについては、成形サイクルを短縮するためには成形板への粉体成形材料Ｂの供給時に抵抗加熱板８，１３を加熱しておくことが望ましい。しかし成形品Ａの反り等の点から、下成形板１５と上成形板１６を均等に加熱する必要がある場合は、下型３の抵抗加熱板８の上に一対の成形板を載置し、上型５の抵抗加熱板１３と上成形板１６を当接させてから、抵抗加熱板８，１３に通電を開始し、上下から均等に加熱するようにしてもよい。

そして図４に示されるように、一対の成形板が所定の温度となるか所定時間経過後にラム６を再作動させ、上可動盤４を更に下降させると加熱板移動機構９，１４のバネ１１等が収縮し、下型３の冷却板７と抵抗加熱板８、上型５の冷却板１２と抵抗加熱板１３とがそれぞれ当接され加圧がなされる。そして前記ラム６による加圧により下固定盤２と上可動盤４との間で、下成形板１５および冷却板７、上成形板１６および冷却板１２を介して熱可塑性樹脂が溶融状態または半溶融状態となった成形材料Ｃが加圧され、下成形板１５の成形面１７ａおよび上成形板１６の成形面１６ｂに形成された溝形状が前記成形材料Ｃに賦形される。このとき前記下型３の冷却板７と抵抗加熱板８、上型５の冷却板１２と抵抗加熱板１３との当接と同時か前後して抵抗加熱板８，１３への通電を停止し加熱を中止する。よって冷却板７，１２よりも熱容量の小さい抵抗加熱板８，１３、下成形板１５、および上成形板１６は加圧開始とともに冷却される。

その結果、加圧成形初期においては、下成形板１５および上成形板１６の温度が上昇されているから良好に溝形状の賦形がなされる。また加圧成形後期においては、下成形板１５および上成形板１６の熱が間接的に抵抗加熱板８，１３を介して冷却板７，１２によって奪われて温度が下降されつつ加圧が継続されるから、成形時間を短くすることができる。そして前記加圧により下成形板１５の側壁部１８の内側に上成形板１６の嵌合凸部１６ａが更に嵌合されて、所定の板厚の成形品Ａが成形される。本実施形態では、成形品Ａの板厚は、突条部において０．５ｍｍとなっている。そして所定時間が経過すると加圧成形が終了し、ラム６が上方に向けて上昇され型開きが行なわれる。型開きが行われると再び図１に示されるように、移載装置により一対の成形板および成形品Ａはプレス装置１から取出され、離型がなされる。なお本発明において下成形板１５および上成形板１６の加圧成形時の温度は、加圧開始とともに冷却が開始されるものに限定されず、抵抗加熱板８，１３による加熱により、加圧成形初期には更に昇温または温度維持なされるものであってもよい。また前記の成形を真空状態で行う場合は、成形板と粉体成形材料Ｂとの間からより一層空気を除去することができ、ボイド等の発生をなくすことができる。

次に別の実施例における樹脂成形品の成形装置について説明する。図５に示される第１の実施例の樹脂成形品の成形装置では、プレス装置２１の下型２２に配設される抵抗加熱板２３に、下成形板２４がゴムシート２５等の電気絶縁体を介して固定されている。またプレス装置２１の上型２６に配設される抵抗加熱板２７に、上成形板２８がゴムシート２９等の電気絶縁体を介して固定されている。よって下成形板２４および上成形板２８はプレス装置２１に直接取付けられている。ただし前記以外の冷却板３０，３１や加熱板移動機構３２，３３の構成は、上記の実施形態と同じである。よって本発明において「少なくとも成形時に抵抗加熱板と当接される成形板」には、前記第１の実施例のもの、抵抗加熱板に成形板が固着されたもの、および抵抗加熱板自体が成形板を兼ねているもの等が含まれる。

第１の実施例におけるプレス装置２１の成形方法について説明すると、少なくとも下型２２の抵抗加熱板２３の温度が粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度（ＩＳＯ７５）以下に制御されている状態で、粉体成形材料Ｂを下成形板２４上に供給する。その後上型２６を下降させて上成形板２８を粉体成形材料Ｂに当接させ、抵抗加熱板２３，２７を抵抗発熱させることにより、同時に下成形板２４と上成形板２８を加熱する。そして所定温度経過後に更に上型２６を下降させ、冷却板３０，３１と抵抗加熱板２３，２７をそれぞれ当接させ、熱可塑性樹脂が溶融状態または半溶融状態となった成形材料Ｃを下成形板２４および上成形板２８により加圧する。それと同時か前後して抵抗加熱板２３，２７への通電を停止し加熱を中止することにより、下成形板２４および上成形板２８により成形材料を冷却しつつ加圧して成形品を得るのである。

更に別の実施例における樹脂成形品の成形装置について説明する。図６に示される第２の実施例は、プレス装置４１の下型４２および上型４３には、それぞれ抵抗加熱板が配設されておらず、冷却板４４，４５のみが配設されている。そして抵抗加熱板として下成形板４６および上成形板４７がプレス装置４１に対して搬入・搬出可能に設けられている。よって下成形板４６および上成形板４７にはそれぞれ電極および電線が配設され、通電により成形板が直接発熱可能となっている。また下成形板４６および上成形板４７は、加熱ブロックやマイクロ波といった他から間接的に加熱されるものでもよい。

第２の実施例におけるプレス装置４１の成形方法について説明すると、プレス装置４１の近傍において、少なくとも下成形板４６の温度が、粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度（ＩＳＯ７５）以下に制御されている状態で、下成形板４６に対して粉体成形材料Ｂを供給する。そして擦り切り部材４８により供給された粉体成形材料Ｂの厚さを均一化した後、上成形板４７を下降させて一対の成形板を形成する。次に下成形板４６および上成形板４７にそれぞれ通電を行い下成形板４６および上成形板４７を発熱させるとともに、粉体成形材料Ｂに含まれる熱可塑性樹脂を溶融または半溶融状態とする。そして前記一対の成形板をプレス装置４１の冷却板４４の上に直接載置し、上型４３の冷却板４５を下降させ、上型４３の冷却板４５と上成形板４７を直接当接させ、熱可塑性樹脂が溶融状態または半溶融状態となった成形材料Ｃを下成形板４６および上成形板４７の間で加圧する。それと同時か前後して下成形板４６および上成形板４７への通電を停止し、加熱を中止することにより、下成形板４６および上成形板４７により前記成形材料Ｃを冷却しつつ加圧して成形品を得るのである。

次に樹脂成形品の成形装置において、粉体成形材料のバインダの種類や、成形材料の形態が変更された実施例について説明する。最初に説明する実施例における燃料電池用セパレータの成形用の粉体成形材料は、カーボン粒子が５０重量％ないし９５重量％と、バインダとして熱硬化性樹脂が含まれている。粉体成形材料のバインダとして使用される熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリア樹脂、尿素樹脂等が使用される。ただし本実施例において粉体成形材料は、カーボン粒子と熱硬化性樹脂以外のものを含まないという趣旨ではない。

熱硬化性樹脂を含む粉体成形材料を成形するプレス装置における前の実施形態のプレス装置１との相違点は、プレス装置１では冷却板７，１２が配設されているが、この実施形態では加熱盤（加圧盤）がそれぞれ配設されている。そして下成形板に熱硬化性樹脂を含む粉体成形材料を供給する際には、下成形板の温度は、前記熱硬化性樹脂の溶融開始温度よりも低い温度（一例として３０℃）に温度制御する。また上下の抵抗加熱板の温度は前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高温（一例として２００℃）に発熱させておく。また上下の加熱盤（加圧盤）の温度も前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高温（一例として２２０℃）に発熱させておく。そして下成形板に前記粉体成形材料を載置後に上成形板を嵌合し、上下の抵抗加熱板をそれぞれ下成形板および上成形板に当接させることにより、下成形板および上成形板の温度は、前記熱硬化性樹脂の溶融開始温度よりも上昇され、前記熱硬化性樹脂の溶融が開始される。そして下成形板および上成形板の温度が前記熱硬化性樹脂の少なくとも溶融開始温度以上となり、更に熱硬化性樹脂の硬化温度に近づくか、あるいは硬化温度以上となった時点で、上型を下降させ、抵抗加熱板と前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高温に維持された加熱盤（加圧盤）とを当接させ、加熱盤（加圧盤）により抵抗加熱板等を介して成形材料への加圧を行う。それによって熱硬化性樹脂を含む粉体成形材料の硬化が進行されつつ成形される。なお加熱盤（加圧盤）の温度は熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低温とし、抵抗加熱板への通電を継続することにより、下成形板および上成形板の温度が熱硬化性樹脂の硬化温度以上に昇温または昇温状態が維持されるようにしてもよい。前記のように抵抗加熱板と加熱盤（加圧盤）との温度をそれぞれ変えておくことにより、粉体成形材料に含まれる熱硬化性樹脂に最適の成形ができる。そして前記温度の下成形板および上成形板による加圧が終了し、型開がなされて、成形品が取出される。成形品取出し後の下成形板および上成形板の温度は、常温下において熱硬化性樹脂の溶融開始温度以下となるまで冷却される。なおその際に取出した下成形板および上成形板を冷却する冷却装置を別途設けても良い。

更には本発明で成形される樹脂成形品は、燃料電池用セパレータに限定されず、導光板、光拡散板、およびレンズ等の薄型板状体であってもよい。これらの成形品においても、粉体成形材料を用いることにより、成形面の凹凸に対応して均等な加圧を行うことができる。また粉体成形材料は、押出成形による板状体やペレットと比較して樹脂の熱履歴が少ないから、良品が成形できる。例えば本装置を使用した導光板等の光学成形品の成形を行う場合、粉体成形材料であるビーズ（直径１ｍｍ以下）を使用すると、より透明度の優れた成形品を得ることができる。

そしてこれらの成形品を成形する場合については、プレス装置に載置される成形板のみを成形品に応じて交換すればよい。そしてプレス装置の加圧成形初期においては、熱容量の小さい下成形板および上成形板の温度が抵抗加熱板により急上昇されるから成形面に良好に溝形状の賦形ができ、加圧成形後期においては、熱容量の小さい成形板および抵抗加熱板の温度が熱容量の大きい冷却板により下降されつつ加圧されるから、成形時間を短くすることができるという利点がある。なお本装置を使用した燃料電池用セパレータの成形において、成形時間を短縮する目的から、使用される成形材料の供給時における形態を、粉体成形材料以外に、プレヒートした樹脂板状体（固体）や溶融体としてもよい。

また本発明については、一々列挙はしないが、上記した実施形態および実施例のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。

本発明の樹脂成形品の成形装置における成形品の取出時の状態を示す断面図である。 本発明の樹脂成形品の成形装置における粉体成形材料の供給時の状態を示す断面図である。 本発明の樹脂成形品の成形装置における成形板が載置された成形前の状態を示す断面図である。 本発明の樹脂成形品の成形装置における加圧中の状態を示す断面図である。 第１の実施例の樹脂成形品の成形装置を示す図である。 第２の実施例の樹脂成形品の成形装置を示す図である。

符号の説明

１ プレス装置
２ 下固定盤
３ 下型
４ 上可動盤
５ 上型
６ ラム
７，１２ 冷却板
７ａ，８ａ ゴムシート
７ｂ 温調用媒体通路
７ｃ 係止部
８，１３ 抵抗加熱板
８ｂ 裏面
９，１４ 加熱板移動機構
１０ ホルダ
１０ａ 係合部
１０ｂ 電極
１１ バネ
１５ 下成形板
１６ 上成形板
１６ａ 嵌合凸部
１６ｂ，１７ａ 成形面
１７ 底板
１７ｂ 嵌合凹部
１８ 側壁部
１８ａ 上面
１９ 擦り切り部材
２０ 凹部
Ａ 成形品
Ａ１ 表面
Ａ２ 裏面
Ａ３ 側面
Ｂ 粉体成形材料
Ｃ 溶融状態の成形材料

Claims (9)

1. 対向する第一の盤と第二の盤の少なくとも一方の盤に取付けられた冷却板と、
   直接加熱可能または他から加熱可能であって前記冷却板に対して当接および離隔され粉体成形材料から成形される樹脂成形品の成形面を有する成形板と、
   前記第一の盤と第二の盤との間で前記成形板および前記冷却板を介して加圧を行う加圧機構と、
   が備えられたことを特徴とする樹脂成形品の成形装置。
2. 対向する第一の盤と第二の盤の少なくとも一方の盤に取付けられた冷却板と、
   直接加熱可能であって前記冷却板に対して当接および離隔される抵抗加熱板と、
   少なくとも成形時に抵抗加熱板に当接され、粉体成形材料から成形される樹脂成形品の成形面を有する成形板と、
   前記第一の盤と第二の盤との間で前記成形板および前記冷却板を介して加圧を行う加圧機構と、
   が備えられたことを特徴とする樹脂成形品の成形装置。
3. 前記成形板は、
   前記冷却板と比較して熱容量の小さい成形板からなり、
   該成形板は材料供給後、冷却板から離隔状態で加熱開始される請求項１または請求項２に記載の樹脂成形品の成形装置。
4. 前記成形板は下成形板と上成形板とからなり、
   下成形板には凹部が形成され、
   材料供給時に前記凹部内に粉体成形材料が供給された後、
   擦り切り装置により前記粉体成形材料の厚みが均一化される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の樹脂成形品の成形装置。
5. 前記成形板は下成形板と上成形板とからなり、
   下成形板は、樹脂成形品の表面または裏面の一方を成形する底板と、
   樹脂成形品の側面を成形する側壁部とから凹部が形成され、
   前記底板に対して側壁部は着脱可能に設けられている
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の樹脂成形品の成形装置。
6. 請求項１に記載の樹脂成形品の成形装置により、
   熱可塑性樹脂を含む粉体成形材料を使用し、
   前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以下の温度の成形板に前記粉体成形材料を供給し、
   供給された前記粉体成形材料の厚みを擦り切り装置により均一化し、
   成形板を冷却板から離隔状態で該成形板を前記熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、
   成形板と冷却板を直接または間接的に当接させ融点以上に加熱された成形板を前記熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度以下に下降させつつ成形材料を加圧することを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
7. プレス装置には直接加熱可能であって冷却板に対して当接および離隔される抵抗加熱板が配設され、
   前記抵抗加熱板に対して非当接状態の前記成形板に粉体成形材料が供給されている間に、
   同時に前記抵抗加熱板が前記冷却板に離隔状態で加熱される請求項６に記載の樹脂成形品の成形方法。
8. 対向する第一の盤と第二の盤の少なくとも一方の盤に取付けられた加熱盤と、
   直接加熱可能または他から加熱可能であって前記加熱盤に対して当接および離隔され、粉体成形材料から成形される樹脂成形品の成形面を有する成形板と、
   前記第一の盤と第二の盤との間で前記成形板および前記加熱盤を介して加圧を行う加圧機構とが設けられた樹脂成形品の成形装置により、
   熱硬化性樹脂を含む粉体成形材料を使用し、
   前記熱硬化性樹脂の溶融開始温度以下の温度の成形板に前記粉体成形材料を供給し、
   成形板が前記加熱盤から離隔状態で該成形板を前記熱硬化性樹脂の少なくとも溶融開始温度以上に加熱し、
   成形板と前記加熱盤を直接または間接的に当接させ成形材料を加圧するとともに成形板を硬化温度以上に加熱または硬化温度以上を維持することを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
9. 粉体成形材料はカーボンを含み、
   成形される樹脂成形品は燃料電池用セパレータである請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の樹脂成形品の成形方法。

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