JP2006310020A - 燃料電池セパレータの製造方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金型キャビティ末端部まで材料が到達でき、成形性を向上できる燃料電池セパレータの製造方法とその製造装置の提供。
【解決手段】（１）セパレータ材料が射出される金型の内部表面の温度を該金型の内部表面の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御する第１の工程と、
流動状のセパレータ材料を射出ゲートから金型内空間に射出する第２の工程と、
を有する燃料電池セパレータの製造方法。
（２）第１の工程で、金型内部表面の射出ゲート５５から遠い第１の領域の温度を前記金型内部表面の射出ゲート５５に近い第２の領域の温度より高くする。
（３）セパレータ材料が射出される金型の内部表面の温度を該金型内部表面の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御可能にした金型温度分布制御装置６３を備えた燃料電池セパレータの製造装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池セパレータの製造方法とその製造方法の実施に直接使用する燃料電池セパレータの製造装置に関する。

特開２００４−７９４５６号公報は、燃料電池セパレータの射出成形による製造方法を開示している。特開２００４−７９４５６号公報の燃料電池セパレータの製造方法は、射出ゲートをセパレータの溝形状が簡素な法の面に形成してセパレータ材料を金型キャビティに射出する方法を開示している。
特開２００４−７９４５６号公報

従来の燃料電池セパレータの製造方法では、射出成形時に金型吸熱により材料の流動性が悪くなるため金型キャビティ末端部まで材料が到達しにくいという問題がある。セパレータ材料が黒鉛が高濃度に配合された高熱伝導性材料のため、金型吸熱が生じやすい。
すなわち、従来は、図９、図１０に示すように、金型１の温度はたとえば１６０℃の一定分布であり、射出ゲート２に近い部分は材料３の流動性はよいが、金型末端部分は材料が流動するにつれて金型に吸熱されて固化が進んで流動性が悪くなり、金型端部まで材料が到達しない場合があるという問題がある。
これを対策しようとすると、
（イ）材料温度、金型温度をあげる、または
（ロ）高速、高圧で射出充填する、
などの方法が考えられる。
しかし、（イ）の対策では、材料のバインダー樹脂が熱で分解してガス化し、表面に気泡が形成されて膨れ、積層した時にガス洩れが生じるという問題がある。
（ロ）の対策では設備が大がかりとなり、コストアップを招くとう問題がある。

本発明の目的は、金型キャビティ末端部まで材料が到達でき、成形性を向上できる燃料電池セパレータの製造方法とその製造装置を提供することにある。

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである。
（１） セパレータ材料を成形用金型の供給口から金型内部に供給して加熱することにより燃料電池セパレータを成形する燃料電池セパレータの製造方法であって、
セパレータ材料の供給中に金型の内部表面温度が金型の内部表面の複数の領域で互いに異なるように加熱温度を制御する燃料電池セパレータの製造方法。
（２） セパレータ材料が射出される金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する第１の工程と、
流動状のセパレータ材料を射出ゲートから前記金型内空間に射出する第２の工程と、
を有する（１）記載の燃料電池セパレータの製造方法。
（３） 前記第１の工程で、前記金型部分の前記射出ゲートから遠い第１の領域の温度を前記金型部分の前記射出ゲートに近い第２の領域の温度より高くする（２）記載の燃料電池セパレータの製造方法。
（４） 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を別々の金型要素から構成し、前記別々の金型要素間に断熱材を配置して、前記金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する（２）または（３）記載の燃料電池セパレータの製造方法。
（５） 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素から構成して、前記金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する（２）または（３）記載の燃料電池セパレータの製造方法。
（６） 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域にそれぞれ複数のヒータを配置して領域ごとの温度制御を可能にして、前記金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する（２）または（３）記載の燃料電池セパレータの製造方法。
（７） セパレータ材料を成形用金型の供給口から金型内部に供給して加熱することにより燃料電池セパレータを成形する燃料電池セパレータの製造装置であって、
金型の内部表面温度を金型の内部表面の複数の領域で互いに加熱温度が異なるように加熱する加熱装置を備える燃料電池セパレータの製造装置。
（８） セパレータ材料が射出される金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御可能にする金型温度分布制御装置を備えた（７）記載の燃料電池セパレータの製造装置。
（９） 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を別々の金型要素から構成し、前記別々の金型要素間に断熱材を配置した（８）記載の燃料電池セパレータの製造装置。
（１０） 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素から構成した（８）記載の燃料電池セパレータの製造装置。
（１１） 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域にそれぞれ複数のヒータを配置して領域ごとの温度制御を可能にした（８）記載の燃料電池セパレータの製造装置。

上記（１）、（２）の燃料電池セパレータの製造方法によれば、金型内空間に接触する金型部分（金型内部表面）の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御するので、金型末端部分の温度を上げることにより、材料の流動性が保たれ、成形性が向上する。
上記（３）の燃料電池セパレータの製造方法によれば、射出ゲートから遠い第１の領域の温度を射出ゲートに近い第２の領域の温度より高くするので、第１の領域での材料の流動性が保たれ、成形性が向上する。
上記（４）の燃料電池セパレータの製造方法によれば、金型内空間に接触する金型部分の複数の領域を別々の金型要素から構成し金型要素間に断熱材を配置したので、成形金型の温度分布を所望の分布に制御可能である。
上記（５）の燃料電池セパレータの製造方法によれば、金型内空間に接触する金型部分の複数の領域を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素から構成したので、熱伝導係数が低い金型要素での熱吸収を低くできるとともに、成形金型の温度分布を所望の分布に制御可能である。
上記（６）の燃料電池セパレータの製造方法によれば、金型内空間に接触する金型部分の複数の領域にそれぞれ複数のヒータを配置して領域ごとの温度制御を可能にしたので、成形金型の温度分布を所望の分布に制御可能である。
上記（７）、（８）の燃料電池セパレータの製造装置によれば、該装置が、セパレータ材料が射出される金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御可能にした金型温度分布制御装置を備えているので、金型末端部分の温度を上げることにより、材料の流動性が保たれ、成形性が向上する。
上記（９）の燃料電池セパレータの製造装置によれば、金型内空間に接触する金型部分の複数の領域を別々の金型要素から構成し、別々の金型要素間に断熱材を配置したので、成形金型の温度分布を所望の分布に制御可能である。
上記（１０）の燃料電池セパレータの製造装置によれば、金型内空間に接触する金型部分の複数の領域を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素から構成したので、熱伝導係数が低い金型要素での熱吸収を低くできるとともに、成形金型の温度分布を所望の分布に制御可能である。
上記（１１）の燃料電池セパレータの製造装置によれば、金型内空間に接触する金型部分の複数の領域にそれぞれ複数のヒータを配置して領域ごとの温度制御を可能にしたので、成形金型の温度分布を所望の分布に制御可能である。

以下に、本発明の燃料電池セパレータの製造方法とその方法の実施に直接使用する燃料電池セパレータの製造装置を、図１〜図８を参照して説明する。
図１〜図５は本発明の燃料電池セパレータの製造方法とその装置を示し、図６〜図８は本発明の燃料電池セパレータの製造方法によって製造されたセパレータを組み込んだ燃料電池を示す。

まず、本発明の燃料電池セパレータの製造方法によって製造されたセパレータを組み込んだ燃料電池１０を図６〜図８を参照して説明する。
燃料電池（セル）１０は、固体高分子電解質型燃料電池である。燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、燃料電池１０は、自動車以外に用いられる燃料電池、たとえば家庭用の定置型燃料電池であってもよい。

図６〜図８に示すように、固体高分子電解質型燃料電池１０は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８とからなる。
ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード）１４および電解質膜１１の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード）１７とからなる。ＭＥＡとセパレータ１８との間には、通常、拡散層１３、１６（アノード側拡散層１３、カソード側拡散層１６）が設けられる。この拡散層１３、１６は、触媒層１２、１５への反応ガスの拡散をよくするためのものである。

セパレータ１８には、ＭＥＡ対向面側に、発電領域に、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給する燃料ガス流路２７およびカソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されるとともに、ＭＥＡ対向面と反対の面側に、冷媒（通常は冷却水）が流れる流路２６が形成されている。セパレータ１８は、隣接するセル間の電子の通路を構成している。
セパレータ１８には、発電領域のまわりの非発電領域に、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が、セパレータ１８を貫通するように形成されている。燃料ガス流路２７は燃料ガスマニホールド３０に連通し、酸化ガス流路２８は酸化ガスマニホールド３１に連通し、冷媒流路２６は冷媒マニホールド２９に連通する。

セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル（電極板）２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、エンドプレート２２を、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート）とボルト２５・ナットにて固定して、スタック２３が形成される。セル積層体は、スタック２３の一端部に設けられたばね機構によりセル積層方向に締め付ける。

各セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側：Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ＋（１／２）Ｏ₂ →Ｈ₂ Ｏ

セパレータ１８はカーボンセパレータであり、黒鉛（たとえば、黒鉛粒子、黒鉛粉、黒鉛フィラー、カーボンファイバー、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、等）とバインダー樹脂（たとえば、ＬＣＰ、ＰＰＳ、ポロプロピレン等）の混合物からなる。
カーボンセパレータ１８の成形方法には、圧縮成形法、射出成形法、射出・圧縮成形法があるが、ここでは、射出成形法と、射出・圧縮成形法が対象である。ここで、圧縮成形法は、半固体の材料を圧縮成形してセパレータを成形する方法であり、射出成形法とは金型内キャビティに射出ゲートより流動状材料を射出してセパレータを成形する方法であり、射出・圧縮成形法とはキャビティ厚さをセパレータ厚さより大としたキャビティに材料を射出し、ついで圧縮してセパレータ厚さとする方法である。

本発明の燃料電池セパレータの製造方法は、図１、図２に示すように、セパレータ材料５０を成形用金型の供給口５５から金型内部に供給して加熱することにより燃料電池セパレータを成形する燃料電池セパレータの製造方法であって、セパレータ材料５０の供給中に金型の内部表面温度が金型の内部表面の複数の領域で互いに異なるように加熱温度を制御する燃料電池セパレータの製造方法からなる。
本発明の燃料電池セパレータの製造方法は、図１、図２に示すように、セパレータ材料５０が射出される金型内空間（金型キャビティ）５１に接触する金型部分（金型内空間に接触する金型部分を金型内部表面ともいう）５２の温度を該金型部分５２の複数の領域５３、５４（たとえば、領域５３はセパレータ周囲部からなり、領域５４はセパレータ中央部からなる）で互いに異なるように制御する第１の工程と、流動状のセパレータ材料５０を射出ゲート５５から金型内空間５１に射出する第２の工程と、を有する。第２の工程は第１の工程と同時かまたは第１の工程の後に実施される。

第１の工程で、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３（射出ゲートがセパレータ中央部にある場合はセパレータ周囲部は射出ゲートから遠い第１の領域を構成する）の温度を金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４（射出ゲートがセパレータ中央部にある場合はセパレータ中央部は射出ゲートに近い第２の領域を構成する）の温度より高くする。
図１は、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度をたとえば２００℃にし、金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度をたとえば１６０℃にした場合を示している。図示例では、射出ゲート５５の位置はセパレータ中央部にあり、射出ゲート５５の数は１つである。ただし、射出ゲート５５の位置はセパレータ中央部に限定されるものではないし（セパレータの４隅の隅にあってもよい）、また、射出ゲート５５の数は１つに限定されるものではない（２つ、または３以上でもよい）。

セパレータ材料５０の射出ゲート５５での温度は、金型温度（１６０℃、２００℃）より高く、樹脂バインダーの溶融温度が約２５０℃であるからそれより高く、流動状である。ただし、セパレータ材料５０の射出ゲート５５での温度は、バインダー樹脂の熱分解が始まる３５０℃よりは低い。セパレータ材料５０の射出ゲート５５での温度は、２５０℃より高く３５０℃より低く、望ましくは、２６０℃〜３４５℃の範囲にある。

本発明の燃料電池セパレータの製造方法のうち、第１の工程の成形金型の温度分布を制御する方法には、つぎの３通りの方法がある。
第１の金型温度分布制御方法は、図３に示すように、金型内空間（金型キャビティ）５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４（領域５３はたとえばセパレータ周囲部からなり、その場合は、領域５４はセパレータ中央部からなる）を別々の金型要素５６、５７（ここでは、金型要素とは、金型を複数ピースに分割した場合の個々のピースのことをいう）から構成し、この別々の金型要素５６、５７間に断熱材５８を配置して、金型内空間５１に接触する金型部分５２の温度を、金型部分５２の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御する方法からなる。断熱材５８は金型要素５６、５７間の熱伝導を抑制し、金型要素５６、５７が互いに独立に温度制御が可能なようにする。金型要素５６、５７には、それぞれに電気ヒータ５９と温度測定手段６０（たとえば、熱電対）が取り付けられ、電気ヒータ５９には電気ヒータ５９を電流が流れる時間または電流を制御する制御装置６１が接続されて、金型要素５６、５７が互いに独立に温度制御することが可能となっている。制御装置６１は、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くするように、金型の温度分布を制御する。

第２の金型温度分布制御方法は、図４に示すように、金型内空間（金型キャビティ）５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４（領域５３はたとえばセパレータ周囲部からなり、その場合は、領域５４はセパレータ中央部からなる）を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素５６、５７から構成して、金型内空間５１に接触する金型部分５２の温度を該金型部分５２の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御する方法からなる。
また、金型部分５２を、射出ゲート５５から遠い第１の領域５３（射出ゲートがセパレータ中央部にある場合はセパレータ周囲部は射出ゲートから遠い第１の領域を構成する）と、金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４（射出ゲートがセパレータ中央部にある場合はセパレータ中央部は射出ゲートに近い第２の領域を構成する）とから構成した場合、金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４を鉄より熱伝導係数の低い材料（たとえば、セラミック等の断熱材）から構成して金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４での吸熱を抑え、第２の領域５４で流動材料の温度が下がりにくい（金型要素の吸熱が少ない）ようにする。金型部分５２の、射出ゲート５５から遠い第１の領域５３は金型要素５６を鉄系材料から構成するとともに、金型要素５６に電気ヒータ５９と温度測定手段６０（たとえば、熱電対）を取り付け、電気ヒータ５９には電気ヒータ５９を電流が流れる時間または電流を制御する制御装置６１を接続して、金型要素５６、５７が互いに独立に温度制御することが可能となっている。制御装置６１は、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くするように、金型の温度分布を制御する。

第３の金型温度分布制御方法は、図５に示すように、金型内空間（金型キャビティ）５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４（領域５３はたとえばセパレータ周囲部からなり、その場合は、領域５４はセパレータ中央部からなる）にそれぞれ複数の電気ヒータ５９を配置して領域５３、５４ごとの温度制御を可能にして、金型内空間５１に接触する金型部分５２の温度を該金型部分５２の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御する方法からなる。複数の領域５３、５４は、同一の金型要素に形成されていてもよいし、あるいは別々の金型要素に形成されていてもよい。金型要素に複数の電気ヒータ５９と温度測定手段６０（たとえば、熱電対）を取り付け、電気ヒータ５９には電気ヒータ５９を電流が流れる時間または電流を制御する制御装置６１を接続して、金型要素の部分ごとに互いに独立に温度制御することが可能となっている。制御装置６１は、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くするように、金型の温度分布を制御する。

本発明の燃料電池セパレータの製造方法の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池セパレータの製造方法では、金型内空間５１に接触する金型部分５２の温度を該金型部分５２の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御することができるので、金型末端部分の金型要素の温度をセパレータ材料５０のバインダ樹脂の固化が始まる温度（約２５０℃）より上げることにより、材料５０の金型内空間５１内での流動性が保たれ、セパレータ１８の成形性が向上する。

この場合、射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くするので、第１の領域５３での材料の流動性が保たれ、セパレータ１８の成形性が向上する。

本発明の燃料電池セパレータの製造方法において、第１の金型温度分布制御方法による場合は、金型内空間５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４を別々の金型要素５６、５７から構成し金型要素間に断熱材５８を配置したので、成形金型の温度分布を所望の分布（射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くする温度分布）に制御可能である。

本発明の燃料電池セパレータの製造方法において、第２の金型温度分布制御方法による場合は、金型内空間５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素５６、５７から構成したので、熱伝導係数が低い金型要素での熱吸収を低くできるとともに、成形金型の温度分布を所望の分布（射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くする温度分布）に制御可能である。

本発明の燃料電池セパレータの製造方法において、第３の金型温度分布制御方法による場合は、金型内空間５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４にそれぞれ複数の電気ヒータ５９を配置して領域５３、５４ごとの温度制御を可能にしたので、成形金型の温度分布を所望の分布（射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くする温度分布）に制御可能である。

つぎに、上記本発明の燃料電池セパレータの製造方法の実施に直接使用する本発明の燃料電池セパレータの製造装置を説明する。
本発明の燃料電池セパレータの製造装置６２は、セパレータ材料５０を成形用金型の供給口５５から金型内部に供給して加熱することにより燃料電池セパレータを成形する燃料電池セパレータの製造装置であって、金型の内部表面温度を金型の内部表面の複数の領域５３、５４で互いに加熱温度が異なるように加熱する加熱装置６３を備える燃料電池セパレータの製造装置からなる。
本発明の燃料電池セパレータの製造装置６２は、セパレータ材料５０が射出される金型内空間５１（金型キャビティ）に接触する金型部分（金型内空間に接触する金型部分を金型内部表面ともいう）５２の温度を該金型部分５２の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御する金型温度分布制御装置６３を備えた燃料電池セパレータの製造装置からなる。

本発明の燃料電池セパレータの製造装置の金型温度分布制御装置６３は、つぎの３通りの装置の何れかからなる。
第１の金型温度分布制御装置６３は、図３に示すように、金型内空間（金型キャビティ）５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４を別々の金型要素５６、５７から構成し、別々の金型要素５６、５７間に断熱材５８を配置した装置からなる。断熱材５８は金型要素５６、５７間の熱伝導を抑制し、金型要素５６、５７が互いに独立に温度制御が可能なようにする。金型要素５６、５７には、それぞれに電気ヒータ５９と温度測定手段６０（たとえば、熱電対）が取り付けられ、電気ヒータ５９には電気ヒータ５９を電流が流れる時間または電流を制御する制御装置６１が接続されて、金型要素５６、５７が互いに独立に温度制御することが可能となっている。制御装置６１は、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くするように、金型の温度分布を制御する。

第２の金型温度分布制御装置６３は、図４に示すように、金型内空間（金型キャビティ）５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素５６、５７から構成した装置からなる。
金型部分５２を、射出ゲート５５から遠い第１の領域５３（射出ゲートがセパレータ中央部にある場合はセパレータ周囲部は射出ゲートから遠い第１の領域を構成する）と、金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４（射出ゲートがセパレータ中央部にある場合はセパレータ中央部は射出ゲートに近い第２の領域を構成する）とから構成した場合、金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４を鉄より熱伝導係数の低い材料（たとえば、セラミック等の断熱材）から構成して金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４での吸熱を抑え、第２の領域５４で流動材料の温度が下がりにくい（金型要素の吸熱が少ない）ようにする。金型部分５２の、射出ゲート５５から遠い第１の領域５３は金型要素５６を鉄系材料から構成するとともに、金型要素５６に電気ヒータ５９と温度測定手段６０（たとえば、熱電対）を取り付け、電気ヒータ５９には電気ヒータ５９を電流が流れる時間または電流を制御する制御装置６１を接続して、金型要素５６、５７が互いに独立に温度制御することが可能となっている。制御装置６１は、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くするように、金型の温度分布を制御する。

第３の金型温度分布制御装置６３は、図５に示すように、金型内空間（金型キャビティ）５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４にそれぞれ複数の電気ヒータ５９を配置して領域５３、５４ごとの温度制御を可能にした装置からなる。
複数の領域５３、５４は、同一の金型要素に形成されていてもよいし、あるいは別々の金型要素に形成されていてもよい。金型要素に複数の電気ヒータ５９と温度測定手段６０（たとえば、熱電対）を取り付け、電気ヒータ５９には電気ヒータ５９を電流が流れる時間または電流を制御する制御装置６１を接続して、金型要素の部分ごとに互いに独立に温度制御することが可能となっている。制御装置６１は、金型部分５２の射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を金型部分５２の射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くするように、金型の温度分布を制御する。

本発明の燃料電池セパレータの製造装置の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池セパレータの製造装置６２によれば、該装置６２が、セパレータ材料が射出される金型内空間５１に接触する金型部分５２の温度を該金型部分５２の複数の領域５３、５４で互いに異なるように制御可能にする金型温度分布制御装置６３を備えているので、金型末端部分の温度を上げるように制御することにより、セパレータ材料５０の流動性が保たれ、セパレータ１８の成形性が向上する。

本発明の燃料電池セパレータの製造装置６２において、第１の金型温度分布制御装置６３による場合は、金型内空間５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４を別々の金型要素５６、５７から構成し、別々の金型要素５６、５７間に断熱材５８を配置したので、成形金型の温度分布を所望の分布（射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くする温度分布）に制御可能である。

本発明の燃料電池セパレータの製造装置６２において、第２の金型温度分布制御装置６３による場合は、金型内空間５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素５６、５７から構成したので、成形金型の温度分布を所望の分布（射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くする温度分布）に制御可能である。

本発明の燃料電池セパレータの製造装置６２において、第３の金型温度分布制御装置６３による場合は、金型内空間５１に接触する金型部分５２の複数の領域５３、５４にそれぞれ複数の電気ヒータ５９を配置して領域ごとの温度制御を可能にしたので、成形金型の温度分布を所望の分布（射出ゲート５５から遠い第１の領域５３の温度を射出ゲート５５に近い第２の領域５４の温度より高くする温度分布）に制御可能である。

本発明の燃料電池セパレータの製造方法を実施する装置の平面図である。 本発明の燃料電池セパレータの製造方法を実施する装置の断面図で、（イ）射出開始、（ロ）材料充填、（ハ）充填完了、の工程順で示した図である。 本発明の燃料電池セパレータの製造方法のうち、第１の金型温度分布制御方法を実施している第１の金型温度分布制御装置の断面図である。 本発明の燃料電池セパレータの製造方法のうち、第２の金型温度分布制御方法を実施している第２の金型温度分布制御装置の断面図である。 本発明の燃料電池セパレータの製造方法のうち、第３の金型温度分布制御方法を実施している第３の金型温度分布制御装置の断面図である。 本発明の燃料電池セパレータの製造方法で製造されたセパレータを組み込んだ燃料電池スタックの側面図である。 図６の燃料電池スタックの一部拡大断面図である。 図６の燃料電池スタックの単セルの正面図である。 従来の燃料電池セパレータの製造方法を実施する装置の平面図である。 従来の燃料電池セパレータの製造方法を実施する装置の断面図で、（イ）射出開始、（ロ）材料充填、（ハ）充填完了、の工程順で示した図である。

符号の説明

１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１３ 拡散層
１４ 電極（アノード）
１６ 拡散層
１７ 電極（カソード）
１８ セパレータ
１９ モジュール
２０ ターミナル
２１ インシュレータ
２２ エンドプレート
２３ スタック
２４ テンションプレート
２５ ボルト
２６ 冷媒流路
２７ 燃料ガス流路
２８ 酸化ガス流路
２９ 冷媒マニホールド
３０ 燃料ガスマニホールド
３１ 酸化ガスマニホールド
５０ セパレータ材料
５１ 金型内空間（金型キャビティ）
５２ 金型内空間に接触する金型部分（金型内部表面）
５３、５４ （複数の）領域
５５ 射出ゲート
５６、５７ 金型要素
５８ 断熱材
５９ 電気ヒータ
６０ 温度測定手段（熱電対等）
６１ 制御装置
６２ 燃料電池セパレータの製造装置
６３ 金型温度分布制御装置

Claims (11)

1. セパレータ材料を成形用金型の供給口から金型内部に供給して加熱することにより燃料電池セパレータを成形する燃料電池セパレータの製造方法であって、
   セパレータ材料の供給中に金型の内部表面温度が金型の内部表面の複数の領域で互いに異なるように加熱温度を制御する燃料電池セパレータの製造方法。
2. セパレータ材料が射出される金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する第１の工程と、
   流動状のセパレータ材料を射出ゲートから前記金型内空間に射出する第２の工程と、
   を有する請求項１記載の燃料電池セパレータの製造方法。
3. 前記第１の工程で、前記金型部分の前記射出ゲートから遠い第１の領域の温度を前記金型部分の前記射出ゲートに近い第２の領域の温度より高くする請求項２記載の燃料電池セパレータの製造方法。
4. 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を別々の金型要素から構成し、前記別々の金型要素間に断熱材を配置して、前記金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する請求項２または請求項３記載の燃料電池セパレータの製造方法。
5. 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素から構成して、前記金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する請求項２または請求項３記載の燃料電池セパレータの製造方法。
6. 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域にそれぞれ複数のヒータを配置して領域ごとの温度制御を可能にして、前記金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御する請求項２または請求項３記載の燃料電池セパレータの製造方法。
7. セパレータ材料を成形用金型の供給口から金型内部に供給して加熱することにより燃料電池セパレータを成形する燃料電池セパレータの製造装置であって、
   金型の内部表面温度を金型の内部表面の複数の領域で互いに加熱温度が異なるように加熱する加熱装置を備える燃料電池セパレータの製造装置。
8. セパレータ材料が射出される金型内空間に接触する金型部分の温度を該金型部分の複数の領域で互いに異なるように制御可能にする金型温度分布制御装置を備えた請求項７記載の燃料電池セパレータの製造装置。
9. 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を別々の金型要素から構成し、前記別々の金型要素間に断熱材を配置した請求項８記載の燃料電池セパレータの製造装置。
10. 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域を熱伝導係数が互いに異なる材料からなる別々の金型要素から構成した請求項８記載の燃料電池セパレータの製造装置。
11. 前記金型内空間に接触する金型部分の前記複数の領域にそれぞれ複数のヒータを配置して領域ごとの温度制御を可能にした請求項８記載の燃料電池セパレータの製造装置。

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