JP2006156172A - 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの成形方法、燃料電池用セパレータの成形装置および燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な成形性を有する燃料電池用セパレータの成形方法を提供する。
【解決手段】 黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料ＰＭがキャビティ１３１に配置された第１下型１３０と、第１下型１３０に相対して配置され、セパレータの流路溝に対応するキャビティを全体として構成する複数の可動式分割型１２１〜１２９を有する上型と，第２下型１３０とを型締めする際、第１下型１３０のキャビティ１３１に向って、分割型１２１〜１２９を順次移動させることで、第１下型１３０のキャビティ１３１に配置される成形材料ＰＭを押し広げ、下型１３０によって、押し広げられた成形材料ＰＭを加圧圧縮する。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの成形方法、燃料電池用セパレータの成形装置および燃料電池に関する。

燃料電池の単セルは、燃料ガスと酸化剤ガス等とを分離するためのセパレータを有する。セパレータは、燃料ガスや酸化剤ガス等を流通させるための流路溝を有し、粉末状の成形材料を、プレス成形することで製造される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１７０８５号公報

しかし、セパレータの板厚は、比較的小さいため、成形型のキャビティは、薄板状となり、成形材料を均一に充填することが困難である。そのため、製造されるセパレータの板厚に、バラツキを生じ、燃料電池内部における電気的な接触抵抗を増加させ、燃料電池の出力を低下させる虞がある。

また、セパレータの流路溝は、微細で複雑な形状を有するため、成形型のキャビティにおける流路溝に対応する部位の隅々まで、成形材料を充填することが困難である。そのため、溝部が欠けた状態の不良品であるセパレータが製造され、歩留まりを低下させる虞がある。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な成形性を有する燃料電池用セパレータ、当該セパレータの成形方法、当該セパレータの成形装置、および良好な性能を有する燃料電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
燃料電池の単セルに適用されるセパレータを製造するための成形方法であって、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料がキャビティに配置された第１成形型と、前記第１成形型に相対して配置され、セパレータの流路溝に対応するキャビティを、全体として構成する複数の可動式分割型を有する第２成形型とを型締めする際、前記第１成形型のキャビティに向って、前記分割型を順次移動させることで、前記第１成形型のキャビティに配置される成形材料を押し広げ、
前記第１成形型および前記第２成形型によって、押し広げられた成形材料を加圧圧縮する
ことを特徴とする成形方法である。

上記目的を達成するための請求項８に記載の発明は、
燃料電池の単セルに適用されるセパレータを製造するための成形装置であって、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料が配置されるキャビティを有する第１成形型、
前記第１成形型に相対して配置され、セパレータの流路溝に対応するキャビティを、全体として構成する複数の可動式分割型を有する第２成形型、および、
前記分割型の移動順を制御するための制御装置を有しており、
前記第１成形型と前記第２成形型とを型締めする際、前記分割型は、記第１成形型のキャビティに向って順次移動することで、前記第１成形型のキャビティに配置される成形材料を押し広げ、前記第１成形型および前記第２成形型によって、押し広げられた成形材料は、加圧圧縮される
ことを特徴とする成形装置である。

上記目的を達成するための請求項１３に記載の発明は、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形方法によって製造されたことを特徴とするセパレータである。

上記目的を達成するための請求項１４に記載の発明は、
燃料電池の単セルに適用されるセパレータであって、
黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料がキャビティに配置された第１成形型と、前記第１成形型に相対して配置され、セパレータの流路溝に対応するキャビティを、全体として構成する複数の可動式分割型を有する第２成形型とを型締めする際、前記第１成形型のキャビティに向って、前記分割型を順次移動させることで、前記第１成形型のキャビティに配置される成形材料を押し広げ、
前記第１成形型および前記第２成形型によって、押し広げられた成形材料を加圧圧縮することで製造されており、
流路溝が形成されている面に、前記分割型の分割ラインに起因する成形痕を有することを特徴とするセパレータである。

上記目的を達成するための請求項１９に記載の発明は、
請求項１３〜１８のいずれか１項に記載のセパレータが適用される単セルの積重ね体を有することを特徴とする燃料電池である。

上記のように構成した本発明は、以下の効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、成形材料は、分割型によって強制的に押し広げられ、流動性が向上する。そのため、第１成形型および第２成形型のキャビティが薄板状であっても、成形材料は、当該キャビティの隅々まで、容易かつ均一に充填される。したがって、製造されるセパレータの板厚のバラツキ、および溝部が欠けた状態の不良品の発生を、抑制することが可能である。つまり、良好な成形性を有する燃料電池用セパレータの成形方法を提供することができる。

請求項８に記載の発明によれば、成形材料を、分割型によって強制的に押し広げることで、成形材料の流動性を向上させることができる。この場合、第１成形型および第２成形型のキャビティが薄板状であっても、成形材料を、当該キャビティの隅々まで、均一に充填することが容易であり、製造されるセパレータの板厚のバラツキ、および溝部が欠けた状態の不良品の発生を、抑制することが可能である。つまり、良好な成形性を有する燃料電池用セパレータの成形装置を提供することができる。

請求項１３および請求項１４に記載の発明によれば、セパレータを構成する成形材料は、分割型によって強制的に押し広げられ、流動性が向上することで、第１成形型および第２成形型のキャビティが薄板状であっても、当該キャビティの隅々まで、容易かつ均一に充填される。そのため、製造されるセパレータは、板厚のバラツキ、および溝部が欠けた状態の不良品の比率が小さい。つまり、良好な成形性を有する燃料電池用セパレータを提供することができる。

請求項１９に記載の発明によれば、燃料電池が有する単セルの積重ね体に適用されるセパレータは、良好な成形性を有し、板厚のバラツキは小さい。そのため、燃料電池内部における電気的な接触抵抗の増加、および燃料電池の出力を低下は、抑制される。したがって、良好な性能を有する燃料電池を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池およびセパレータを説明するための分解図である。

本発明の実施の形態に係る燃料電池１０は、単セルを多数積層してなる積重ね体の形態で、例えば、自動車の駆動源として使用される。単セルは、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池であり、固体高分子電解質膜２０、ガス拡散層３０，４０、および、発明の実施の形態に係るセパレータ５０，６０を有する。

ガス拡散層３０，４０は、フレーム３５，４５に支持され、固体高分子電解質膜２０の両面に配置される。セパレータ５０，６０は、粉末状の成形材料を加圧圧縮することで形成される成形体であり、ガス拡散層３０，４０の外面に配置される。成形材料は、バインダー樹脂（例えば、１０〜３０ｗｔ％）、導電性を有する黒鉛（例えば、７０〜９０ｗｔ％）、および耐イオン溶出性を有する内部離型剤（例えば、０．１〜０．５ｗｔ％）を有する粉末状の混合物である。

バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、セパレータ５０，６０に含まれるバインダー樹脂は、熱硬化している。熱硬化性樹脂は、経済性、作業性、成形性、物性（耐酸性、耐熱性、流体不透過性）などに優れているフェノール樹脂が好ましいが、メラミン樹脂やポリアミド樹脂などの他の熱硬化性樹脂を適用することも可能である。熱硬化性樹脂は、小径であることが好ましく、これにより、反応速度が上昇し、かつ黒鉛間の空間が小さくなることで、得られるセパレータの強度を向上させることが可能である。

黒鉛は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛を適用することが可能である。内部離型剤は、例えば、ステアリン酸系である。

セパレータ５０は、発生した電気が流れる電気伝導面である上部面５１および下部面５６を有する。上部面５１は、冷却水を流通させるための流路溝５２が形成され、密閉部材７０を介して、隣接する単セルのセパレータ６０と相対している。下部面５６は、酸化剤ガス（空気）を流通させるための流路溝５７が形成され、密閉部材７２を介して、ガス拡散層３０と相対している。

セパレータ６０は、発生した電気が流れる電気伝導面である上部面６１および下部面６６を有する。上部面６１は、燃料ガス（水素）を流通させるための流路溝６２が形成され、密閉部材７４を介して、ガス拡散層４０と相対している。下部面６６は、略平坦であり、密閉部材７０を介して、隣接する単セルのセパレータ５０と相対している。

流路溝５２，５７，６２の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。密閉部材７０，７２，７４は、酸化剤ガスおよび燃料ガスの漏出を抑制するために配置されており、例えば、ガスケットや接着シールによって構成することが可能である。

セパレータ５０，６０は、成形材料がキャビティに配置された第１成形型と、第１成形型に相対して配置され、セパレータ５０，６０の流路溝５２，６２に対応するキャビティを、全体として構成する複数の可動式分割型を有する第２成形型とを型締めする際、第１成形型のキャビティに向って、分割型を順次移動させることで、第１成形型のキャビティに配置される成形材料を押し広げ、第１成形型および第２成形型によって、押し広げられた成形材料を圧縮成形することで製造されている。

そのため、セパレータ５０，６０を構成する成形材料は、分割型によって強制的に押し広げられ、流動性が向上することで、第１成形型および第２成形型のキャビティが薄板状であっても、当該キャビティの隅々まで、容易かつ均一に充填される。したがって、製造されるセパレータは、板厚のバラツキ、および溝部が欠けた状態の不良品の比率が小さい。つまり、セパレータ５０，６０は、良好な成形性を有し、板厚のバラツキは小さい。

燃料電池１０は、セパレータ５０，６０が適用される単セルの積重ね体を有するため、燃料電池内部における電気的な接触抵抗の増加、および燃料電池の出力を低下は、抑制されている。

図２は、本発明の実施の形態に係る成形装置を説明するための断面図、図３は、図２に示される分割型を説明するための断面図である。成形装置１００は、セパレータ６０の製造に適用され、上型（第２成形型）１１０、下型（第１成形型）１３０、押圧装置１５０、加熱装置１６０、および制御装置１７０を有する。

上型１１０は、下型１３０に対して近接離間可能に配置され、セパレータ６０の上部面６１に対応するキャビティ１１１を有する。上型１１０は、下型１３０に相対する複数の分割型１２１〜１２９を有する。分割型１２１〜１２９は、セパレータ６０の上部面６１の流路溝６２に対応するキャビティを、全体として構成する。分割型の設置数は、セパレータ６０の上部面６１の流路溝６２の配置数に基づいて、設定される。

分割型１２１は、下型１３０のキャビティ１３１の中央部に相対して位置する。分割型１２２および分割型１２３は、分割型１２１の外側に位置する。分割型１２４および分割型１２５は、分割型１２２および分割型１２３の外側に位置する。分割型１２６および分割型１２７は、分割型１２４および分割型１２５の外側に位置する。分割型１２８および分割型１２９は、分割型１２６および分割型１２７の外側に位置し、上型１１０の最外縁を占めている。

分割型１２１〜１２９の分割ラインＤＬは、セパレータ６０の上部面６１の流路溝６２の凹部の底面に対応して位置決めされており、分割型１２１〜１２７は、セパレータ６０の上部面６１の流路溝６２の凹部の間に位置する頂部に対応するキャビティ１２１Ａ〜１２７Ａを有する。

上型１１０と下型１３０とを型締めする際、分割型１２１〜１２９は、下型１３０のキャビティ１３１に向って順次移動つまり降下することで、下型１３０のキャビティ１３１に配置される成形材料ＰＭを押し広げる（図３参照）。つまり、成形材料ＰＭを、分割型１２１〜１２９によって強制的に押し広げることで、成形材料ＰＭの流動性を向上させることができる。また、分割型１２１〜１２７のキャビティ１２１Ａ〜１２７Ａは、凹状であるため、成形材料ＰＭを確実に保持する。

この場合、上型１１０および下型１３０のキャビティ１１１，１３１が薄板状であっても、成形材料ＰＭを、キャビティ１１１，１３１の隅々まで、均一に充填することが容易である。したがって、製造されるセパレータの板厚のバラツキ、および溝部が欠けた状態の不良品の発生を、抑制することが可能である。

下型１３０は、固定式に配置され、セパレータ６０の下部面６６に対応する略平坦なキャビティ１３１を有する。成形材料ＰＭは、キャビティ１３１の中央部に隆起状に配置される。成形材料ＰＭは、ドクターブレードを使用し、擦り切ることで、成形材料ＰＭの表面を、平坦とすることも可能である。

押圧装置１５０は、分割型１２１〜１２９を下型１３０に向って移動させるための駆動装置１５１〜１５９を有し、上型１１０と下型１３０を型締めするために使用される。駆動装置１５１〜１５９は、例えば、油圧シリンダである。

加熱装置１６０は、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に、成形材料ＰＭを昇温するために、下型１３０の内部に配置される抵抗発熱体を有する。加熱装置１６０は、押し広げられた成形材料ＰＭを加圧圧縮する際に、成形材料ＰＭを昇温し、バインダー樹脂を熱硬化させて、温間圧縮成形するために使用される。

加熱装置１６０は、上型１１０および下型１３０の両者、あるいは上型１１０に配置することも可能である。加熱装置１６０は、抵抗加熱を利用する形態に限定されず、加熱流体（熱媒）、電磁誘導加熱、超音波加熱等を適宜適用することも可能である。

なお、熱硬化の完了後において、上型１１０および下型１３０を急速に冷却することで、成形体の温度を降下させ、成形体を迅速に取り出すために、冷却装置を配置することも好ましい。冷却装置は、軸流ファンなどの送風機や、冷却流体（冷媒）を適用することが可能である。

制御装置１７０は、押圧装置１５０の駆動装置１５１〜１５９を制御し、分割型１２１〜１２９の降下順（移動順）を調整し、また、加熱装置１６０を制御し、バインダー樹脂の熱硬化に必要な温度を管理するために使用される。

成形材料ＰＭは、下型１３０のキャビティ１３１の中央部に隆起状に配置されている。そのため、制御装置１７０による分割型１２１〜１２９の降下順は、上型１１０の中央部に配置される分割型から、上型１１０の外側に配置されている分割型に向う順である。つまり、分割型１２１、分割型１２２および分割型１２３、分割型１２４および分割型１２５、分割型１２６および分割型１２７、分割型１２８および分割型１２９の順で、移動が制御される。

したがって、押し広げられた成形材料は、下型１３０のキャビティ１３１の中央部から外側に向って、対称に流動する。分割型１２１〜１２９の降下順は、成形材料ＰＭの配置状態に応じて、適宜調整することも可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る成形方法を説明する。図４は、成形材料の充填を説明するための断面図、図５は、図４に続く、分割型を順次移動を説明するための断面図、図６は、図５に続く、型締めを説明するための断面図、図７は、図６に続く、温間圧縮成形を説明するための断面図、図８は、図７に続く、形開きを説明するための断面図、図９は、分割型の分割ラインに起因する成形痕を説明するための平面図である。

例えば、成形材料ＰＭを保持している容器（不図示）と連結しているノズル１８０を、待機位置から移動させ、下型１３０のキャビティ１３１の中央部の上方に配置する。そして、ノズル１８０から、成形材料ＰＭを吐出させる（図４参照）。成形材料ＰＭの充填を継続し、セパレータ６０を成形するために必要とされる充填量に達すると、成形材料ＰＭの吐出を停止し、ノズル１８０は待機位置に後退する。

制御装置１７０からの指示により、押圧装置１５０は、上型１１０を降下させ、上型１１０と下型１３０とを型締めする。この際、上型１１０の分割型１２１〜１２９は、押圧装置１５０の駆動装置１５１〜１５９により駆動され、下型１３０のキャビティ１３１に向って、順次降下することで、下型１３０のキャビティ１３１の中央部に配置される成形材料ＰＭを押し広げる（図５参照）。

降下順は、上型１１０の中央部に配置される分割型から、上型１１０の外側に配置されている分割型に向う順である。詳しくは、分割型１２１、分割型１２２および分割型１２３、分割型１２４および分割型１２５、分割型１２６および分割型１２７、分割型１２８および分割型１２９の順で、降下が制御され、成形材料ＰＭは、下型１３０のキャビティ１３１の中央部からキャビティ１３１の外側に向って押し広げられる。

成形材料ＰＭは、分割型１２１〜１２９の押圧によって強制的に押し広げられ、流動性が向上する。また、成形材料ＰＭを押し広げる際に、分割型１２１〜１２７のキャビティ１２１Ａ〜１２７Ａの内側に、成形材料ＰＭが保持される。そのため、上型１１０および下型１３０のキャビティ１１１，１３１が薄板状であっても、成形材料ＰＭは、キャビティ１１１，１３１の隅々まで、容易かつ均一に充填される。したがって、製造されるセパレータの板厚のバラツキ、および溝部が欠けた状態の不良品の発生を、抑制することが可能である。

制御装置１７０からの指示により、押圧装置１５０は、上型１１０および下型１３０のキャビティ１１１，１３１に位置する成形材料ＰＭを、加圧圧縮する（図６参照）。上型１１０は、セパレータ６０の上部面６１に対応するキャビティ１１１を備えているため、成形材料ＰＭの上面は、セパレータ６０の上部面６１に対応する形状に成形される。

一方、加熱装置１６０は、制御装置１７０からの指示により、上型１１０および下型１３０を加熱することで、成形材料ＰＭの温度を上昇させ、バインダー樹脂を熱硬化させる。上型１１０および下型１３０の昇温を、成形材料ＰＭの充填前に開始することも可能である。この場合、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に成形材料ＰＭを昇温させるための所要時間が、短縮されるので、サイクルタイムが向上する。

温間圧縮成形が完了し、セパレータ６０が得られると（図７参照）、加熱装置１６０の動作が停止される。その後、型開きされ、セパレータ６０の温度が、例えば、常温まで降下すると、セパレータ６０が取り出される。

この際、軸流ファンなどの送風機（冷却装置）１９０によって、上型１１０および下型１３０を急速に冷却することで、セパレータ６０の温度を降下させ、成形体を迅速に取り出すことも好ましい（図８参照）。

なお、分割型１２１〜１２９の分割ラインＤＬは、セパレータ６０の流路溝６２が形成されている上部面６１に当接する。そのため、セパレータ６０の上部面６１に、分割ラインＤＬに起因する成形痕Ｍ１を有する（図９参照）。分割ラインＤＬは、セパレータ６０の上部面６１の流路溝６２の凹部の底面に対応して位置決めされているため、成形痕Ｍ１は、流路溝６２の凹部の底面に位置している。

図１０は、本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための断面図である。

変形例１に係る成形装置２００は、セパレータ５０の製造に適用され、上型２１０および下型２３０のキャビティ２１１，２３１の形状に関し、セパレータ６０に係る成形装置１００と概して異なっている。押圧装置２５０、加熱装置２６０および制御装置２７０は、成形装置１００の場合と同様の機能を有しており、重複を避けるため、その説明を省略する。

上型２１０は、セパレータ５０の上部面５１に対応するキャビティ２１１を有する。上型２１０は、下型２３０に相対する複数の分割型２２１〜２２９を有する。分割型２２１〜２２９は、セパレータ５０の上部面５１の流路溝５２に対応するキャビティを、全体として構成する。分割型の設置数は、セパレータ５０の上部面５１の流路溝５２の配置数に基づいて、設定される。

分割型２２１は、下型２３０のキャビティ２３１の中央部に相対して位置する。分割型２２２および分割型２２３は、分割型２２１の外側に位置する。分割型２２４および分割型２２５は、分割型２２２および分割型２２３の外側に位置する。分割型２２６および分割型２２７は、分割型２２４および分割型２２５の外側に位置する。分割型２２８および分割型２２９は、分割型２２６，および分割型２７の外側に位置し、上型２１０の最外縁を占めている。

分割型２２１〜２２９の分割ラインＤＬは、セパレータ５０の上部面５１の流路溝５２の凹部の底面に対応して位置決めされており、分割型２２１〜２２７は、セパレータ５０の上部面５１の流路溝５２の凹部の間に位置する頂部に対応するキャビティ２２１Ａ〜２２７Ａを有する。

下型２３０は、固定式に配置され、セパレータ５０の下部面５６に対応するキャビティ２３１を有する。キャビティ２３１は、セパレータ５０の下部面５６の流路溝５７に対応する凸部２３２を有する。

そのため、下型２３０のキャビティ２３１に成形材料ＰＭを充填し、上型２１０と下型２３０とを型締めする際、分割型２２１〜２２９を、下型２３０のキャビティ２３１に向って順次降下させる場合、成形材料ＰＭを、分割型１２１〜１２９によって強制的に押し広げることで、成形材料ＰＭの流動性を向上させることができる。

したがって、変形例１は、板厚のバラツキ、および溝部が欠けた状態の不良品の比率が小さいセパレータ５０を、提供することが可能である。

図１１は、本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図、図１２は、変形例２に係る成形痕を説明するための平面図である。

変形例２に係る成形装置３００は、下型３３０および制御装置３７０に関し、成形装置１００と概して異なっている。上型３１０、押圧装置３５０および加熱装置３６０は、成形装置１００の場合と同様の機能を有しており、重複を避けるため、その説明を省略する。

下型３３０は、キャビティ３３１に配置される可動式オス型３４０を有する。オス型３４０は、最外縁パンチ３４１と中央パンチ３４２とを有する。最外縁パンチ３４１は、セパレータ６０の上部面６１の端部に対応して位置決めされる。中央パンチ３４２は、セパレータ６０の上部面６１の流路溝６２の凹部の底面に対応して位置決めされる。

押圧装置３４５は、最外縁パンチ３４１および中央パンチ３４２を下型３３０の内部に向って移動（降下）させるための駆動装置３４６，３４７を有する。駆動装置３４６，３４７は、例えば、油圧シリンダである。

制御装置３７０は、押圧装置３５０および加熱装置３６０の制御に加えて、押圧装置３４５を制御する。押圧装置３４５は、形成されたセパレータ６０を取り出す前に、下型３３０のキャビティ３３１に配置されるオス型３４０を、下型３３０の内部に向って降下させる。

下型３３０のキャビティ３３１からのオス型３４０の離間は、セパレータ６０の下部面６６と下型３３０のキャビティ３３１との間の接触面積（付着力）を削減することとなるため、セパレータ６０の離型が容易となる。そのため、セパレータ６０を取り出す際における、クラックなどの不良の発生を抑制することが可能である。

下型３３０のキャビティ３３１とオス型３４０との境界ＢＬは、セパレータ６０の下部面（セパレータ６０の流路溝６２が形成されている面６１の逆側に位置する面）６６に当接する。そのため、セパレータ６０の下部面６６は、境界ＢＬに起因する成形痕Ｍ２を有する。

以上のように、本実施の形態は、良好な成形性を有する燃料電池用セパレータ、当該セパレータの成形方法、当該セパレータの成形装置、および良好な性能を有する燃料電池を提供することが可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、成形材料に含まれる内部離型剤は、必要に応じ、適宜省略することも可能である。また、成形材料は、粉末状の形態で直接利用することに限定されず、シート状の予備成形体の形態やビレット状の予備成形体の集成体の形態で、適用することも可能である。この場合、予備成形体は、強固に凝集しておらず、分割型の押圧によって分散し、流動性を呈すことが必要である。

さらに、バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂に限定されず、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂や、アクリル樹脂等の常温硬化性樹脂を適用することも可能である。ただし、熱可塑性樹脂が適用される場合、樹脂の軟化点以上の適した溶融温度まで、成形材料を昇温することが必要であり、常温硬化性樹脂が適用される場合、加熱装置を設けることが不要となる。

本発明の実施の形態に係る燃料電池およびセパレータを説明するための分解図である。 本発明の実施の形態に係る成形装置を説明するための断面図である。 図２に示される分割型を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形方法を説明するための断面図であり、成形材料の充填を示している。 図４に続く、分割型を順次移動を説明するための断面図である。 図５に続く、型締めを説明するための断面図である。 図６に続く、温間圧縮成形を説明するための断面図である。 図７に続く、形開きを説明するための断面図である。 分割型の分割ラインに起因する成形痕を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図である。 変形例２に係る成形痕を説明するための平面図である。

符号の説明

１０・・燃料電池、
２０・・固体高分子電解質膜、
３０，４０・・ガス拡散層、
３５，４５・・フレーム、
５０・・セパレータ、
５１・・上部面、
５２・・流路溝、
５６・・下部面、
５７・・流路溝、
６０・・セパレータ、
６１・・上部面、
６２・・流路溝、
６６・・下部面、
７０，７２，７４・・密閉部材、
１００・・成形装置、
１１０・・上型、
１１１・・キャビティ、
１２１〜１２９・・分割型、
１２１Ａ〜１２９Ａ・・キャビティ、
１３０・・下型、
１３１・・キャビティ、
１５０・・押圧装置、
１５１・・駆動装置、
１６０・・加熱装置、
１７０・・制御装置、
１８０・・ノズル、
２００・・成形装置、
２１０・・上型、
２１１・・キャビティ、
２２１〜２２９・・分割型、
２２１Ａ〜２２９Ａ・・キャビティ、
２３０・・下型、
２３１・・キャビティ、
２３２・・凸部、
２５０・・押圧装置、
２６０・・加熱装置、
２７０・・制御装置、
３００・・成形装置、
３１０・・上型、
３３０・・下型、
３３１・・キャビティ、
３４０・・可動式オス型、
３４１・・最外縁パンチ、
３４２・・中央パンチ、
３４５・・押圧装置、
３４６，３４７・・駆動装置、
３５０・・押圧装置、
３６０・・加熱装置、
３７０・・制御装置、
ＢＬ・・境界、
ＤＬ・・分割ライン、
Ｍ１，Ｍ２・・成形痕、
ＰＭ・・成形材料。

Claims (19)

1. 燃料電池の単セルに適用されるセパレータを製造するための成形方法であって、
   黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料がキャビティに配置された第１成形型と、前記第１成形型に相対して配置され、セパレータの流路溝に対応するキャビティを、全体として構成する複数の可動式分割型を有する第２成形型とを型締めする際、前記第１成形型のキャビティに向って、前記分割型を順次移動させることで、前記第１成形型のキャビティに配置される成形材料を押し広げ、
   前記第１成形型および前記第２成形型によって、押し広げられた成形材料を加圧圧縮する
   ことを特徴とする成形方法。
2. 前記成形材料は、粉末状であることを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
3. 前記成形材料は、前記第１成形型のキャビティの中央部に隆起状に配置され、前記分割型の移動順は、前記第２成形型の中央部に配置される分割型から、前記第２成形型の外側に配置されている分割型に向う順であり、前記成形材料は、前記第１成形型のキャビティの中央部から前記第１成形型のキャビティの外側に向って押し広げられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成形方法。
4. 前記分割型の分割ラインは、セパレータの流路溝の凹部の底面に対応して位置決めされており、前記分割型は、セパレータの流路溝の凹部の間に位置する頂部に対応するキャビティを有し、成形材料を押し広げる際に、前記キャビティの内側に成形材料に保持することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法。
5. 前記成形材料は、耐イオン溶出性を有する内部離型剤を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形方法。
6. 前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、押し広げられた成形材料を加圧圧縮する際、成形材料を昇温し、前記バインダー樹脂を熱硬化させて、セパレータを形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形方法。
7. 形成されたセパレータを取り出す前に、前記第１成形型のキャビティに配置される可動式オス型を、前記第１成形型の内部に向って移動させることを特徴とする請求項６に記載の成形方法。
8. 燃料電池の単セルに適用されるセパレータを製造するための成形装置であって、
   黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料が配置されるキャビティを有する第１成形型、
   前記第１成形型に相対して配置され、セパレータの流路溝に対応するキャビティを、全体として構成する複数の可動式分割型を有する第２成形型、および、
   前記分割型の移動順を制御するための制御装置を有しており、
   前記第１成形型と前記第２成形型とを型締めする際、前記分割型は、前記第１成形型のキャビティに向って順次移動することで、前記第１成形型のキャビティに配置される成形材料を押し広げ、前記第１成形型および前記第２成形型によって、押し広げられた成形材料は、加圧圧縮される
   ことを特徴とする成形装置。
9. 前記成形材料は、前記第１成形型のキャビティの中央部に隆起状に配置され、前記分割型の移動順は、前記第２成形型の中央部に配置される分割型から、前記第２成形型の外側に配置されている分割型に向う順であることを特徴とする請求項８に記載の成形装置。
10. 前記分割型の分割ラインは、セパレータの流路溝の凹部の底面に対応して位置決めされており、前記分割型は、セパレータの流路溝の凹部の間に位置する頂部に対応するキャビティを有することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の成形装置。
11. 前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、前記成形材料を、前記バインダー樹脂の熱硬化温度以上に昇温するための加熱装置を有しており、押し広げられた成形材料を加圧圧縮する際に、前記成形材料を昇温し、前記バインダー樹脂を熱硬化させて、セパレータを形成することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の成形装置。
12. 前記第１成形型のキャビティに配置される可動式オス型を有しており、形成されたセパレータを取り出す前に、前記オス型は、前記第１成形型の内部に向って移動させられることを特徴とする請求項１１に記載の成形装置。
13. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形方法によって製造されたことを特徴とするセパレータ。
14. 燃料電池の単セルに適用されるセパレータであって、
    黒鉛およびバインダー樹脂を含んでいる成形材料がキャビティに配置された第１成形型と、前記第１成形型に相対して配置され、セパレータの流路溝に対応するキャビティを、全体として構成する複数の可動式分割型を有する第２成形型とを型締めする際、前記第１成形型のキャビティに向って、前記分割型を順次移動させることで、前記第１成形型のキャビティに配置される成形材料を押し広げ、
    前記第１成形型および前記第２成形型によって、押し広げられた成形材料を加圧圧縮することで製造されており、
    流路溝が形成されている面に、前記分割型の分割ラインに起因する成形痕を有することを特徴とするセパレータ。
15. 前記分割型の分割ラインは、セパレータの流路溝の凹部の底面に対応して位置決めされており、前記成形痕は、流路溝の凹部の底面に位置していることを特徴とする請求項１４に記載のセパレータ。
16. 前記成形材料は、耐イオン溶出性を有する内部離型剤が混在しており、前記セパレータは、前記内部離型剤を含んでいることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のセパレータ。
17. 前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、前記セパレータに含まれるバインダー樹脂は、熱硬化していることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のセパレータ。
18. 前記第１成形型のキャビティに、可動式オス型が配置されており、
    前記分割型の分割ラインに起因する成形痕を有する面の逆側に位置する面に、前記第１成形型のキャビティと前記オス型との境界に起因する成形痕を有することを特徴とする請求項１７に記載のセパレータ。
19. 請求項１３〜１８のいずれか１項に記載のセパレータが適用される単セルの積重ね体を有することを特徴とする燃料電池。

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