JP2010115909A - Powder material filling tool, powder material filling method, and method for manufacturing separator for fuel cell - Google Patents

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洋正 荒巻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a powder material filling tool capable of improving thickness accuracy and density uniformity even for a product formed into a thin thickness such as a separator for a fuel cell, and to provide a powder material filling method and a method for manufacturing the separator for the fuel cell. <P>SOLUTION: The powder material filling method uses the powder material filling tool 20 which once holds a powder material 30 to be filled in a cavity 11 of a mold 10 by a powder material supporting member 40 such as a wire gauge, makes this falling down by vibration and can cut it by rubbing when the powder material 30, in particular, the powder material 30 comprising heat-curable synthetic resin as the resin type separator for the fuel cell, is used to perform molding in a mold. The method for manufacturing the separator for the fuel cell is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は金型のキャビティー内に粉末材料を充填する為の粉末材料充填具、粉末材料充填方法および燃料電池用セパレータの製造方法に関し、特に燃料電池用セパレータのように薄肉の製品を製造する金型であり、キャビティーが浅い場合に好適に実施することのできる粉末材料充填具、粉末材料充填方法および燃料電池用セパレータの製造方法に関する。   The present invention relates to a powder material filler for filling powder material into a mold cavity, a powder material filling method, and a method for manufacturing a fuel cell separator, and in particular, manufacturing a thin product like a fuel cell separator. The present invention relates to a powder material filler, a powder material filling method, and a method for manufacturing a fuel cell separator, which can be suitably implemented when the mold is a shallow cavity.

燃料電池としては、これまでにリン酸型燃料電池、固体電解質型燃料電池及び固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等いくつかの方式のものが提案されている。この中で固体高分子型燃料電池およびリン酸型燃料電池では導電性成形品であるセパレータが使用されており、固体高分子型燃料電池は、イオン導電性の固体電解質膜を、触媒が担持されたガス拡散電極からなるアノードとカソードとで挟み、さらにこれらの外側をセパレータで挟んだ構造となっている。   Several types of fuel cells have been proposed so far, such as phosphoric acid fuel cells, solid electrolyte fuel cells, and polymer electrolyte fuel cells (PEFC). Among these, separators, which are conductive molded products, are used in solid polymer fuel cells and phosphoric acid fuel cells. The solid polymer fuel cells have an ion conductive solid electrolyte membrane and a catalyst supported thereon. The gas diffusion electrode is sandwiched between an anode and a cathode, and the outside is sandwiched between separators.

かかるセパレータとしては、従来、樹脂製のものや金属製のものが提供されており、このうち樹脂製のものは、少なくとも何れかの片面に、反応ガスを流す為のガス流路が形成されている構造であり、燃料電池全体の小型化を果たす為に、より薄く形成するための改良がなされている。   As such separators, conventionally, those made of resin or metal are provided, and among these, those made of resin are provided with a gas flow path for flowing a reaction gas on at least one side. In order to reduce the overall size of the fuel cell, improvements have been made to make it thinner.

また樹脂製のセパレータの製造に際しては、黒鉛の粉末と、熱硬化性合成樹脂の粉末とを混合して粉末状の原料とし、これをプレス機の下金型内に投入して上金型を被せ、プレス機で加圧・加熱して成形する方法が一般に採用されている。そしてこのような樹脂製のセパレータを製造する方法については、粉末状の原料（即ち粉末材料）が流動し難い特性を有することから、様々な改良がなされている。   In the production of a resin separator, graphite powder and thermosetting synthetic resin powder are mixed to obtain a powdery raw material, which is put into a lower mold of a press machine and an upper mold is used. A method of forming by pressing and heating with a press machine is generally employed. And about the method of manufacturing such resin-made separators, since the powdery raw material (namely, powder material) has the characteristic that it is hard to flow, various improvement is made | formed.

例えば、特許文献１（特開２００４−３３８２６８号公報）では、流動し難い黒鉛／樹脂系材料を使用し、材料中の異物除去と金型への材料充填を短時間でムラ無く、比較的容易に行なうべく、材料ホッパー内に所定目開き孔を有する多孔性粉末材料支持部材を、ホッパーに対して相対的に水平方向へ可動させ、ホッパー内の材料を、該粉末材料支持部材の目開き孔を介して成形金型へ落下させることが提案されている。   For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-338268), a graphite / resin material that does not flow easily is used, and it is relatively easy to remove foreign substances in the material and fill the mold with material in a short time. The porous powder material support member having a predetermined aperture in the material hopper is moved in a horizontal direction relative to the hopper, and the material in the hopper is moved into the aperture hole of the powder material support member. It is proposed to drop into a molding die via

また、特許文献２（特開２００６−２４４９３７号公報）では、流動性の悪い材料であっても面精度が向上し、かつ予備成形のためのプレスなどの大掛かりな装置が不要で、製造時間を短縮できるように、導電性材料及び樹脂を含む粉末状原料を充填容器内に上面が平らになるように投入する工程と、該充填容器内の粉末状原料を加熱して仮成形する工程と、該仮成形品を所定のパターンが形成された金型内に投入して、加熱・加圧して成形する工程とを有する燃料電池用セパレータの成形方法が提案されている。そしてこの特許文献２には、充填容器の上面上を摺動するホッパーの供給口で、充填容器に投入される粉末状原料を擦り切ることも提案されている。   Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-244937), even a material having poor fluidity improves surface accuracy, and does not require a large-scale apparatus such as a press for preforming, thereby reducing the manufacturing time. A step of charging a powdery raw material containing a conductive material and a resin so that the upper surface is flat in the filling container, a step of heating and temporarily forming the powdery raw material in the filling container, There has been proposed a method for forming a separator for a fuel cell, which includes a step of putting the temporary molded product into a mold having a predetermined pattern and forming it by heating and pressing. In Patent Document 2, it is also proposed to scrape off the powdery raw material put into the filling container at the supply port of the hopper that slides on the upper surface of the filling container.

更に、燃料電池用セパレータの製造方法以外でも、粉末材料を金型のキャビティー内に充填する方法として、特許文献３および４が提案されている。   Further, Patent Documents 3 and 4 have been proposed as a method of filling a powder material into a mold cavity other than a method for manufacturing a fuel cell separator.

特許文献３（特開昭６１−１４７８０２号公報）では、磁性粉末の磁気結合による型ダイ内でのブリッジの形成を阻止するべく、磁性粉末を載置したフィーダーカップの底部に金網を取り付け、ソレノイドコイルにより上記フィーダーカップを急激に振動させ、上記金網を通過して顆粒状になった磁性粉末を充填する磁性粉成型装置が提案されている。   In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-147802), in order to prevent the formation of a bridge in a die due to magnetic coupling of magnetic powder, a metal mesh is attached to the bottom of a feeder cup on which magnetic powder is placed, and a solenoid is installed. There has been proposed a magnetic powder molding apparatus in which the feeder cup is vibrated rapidly by a coil and filled with magnetic powder that has passed through the wire mesh and has been granulated.

特許文献４（特開平０７−１６４１９３号公報）では、金型のキャビィティ内に対して粉体を自然落下により充填した場合、キャビィティ内に粉体のブリッジが生じ、充填密度のバラツキが生じ易いことから、当該キャビィティ内に供給される粉末の充填密度の均一化を図り、粉末を高密度に充填するべく、給粉シューボックス内の粉末に振動を付与する状態で、当該給粉シューボックスの下部開口から圧縮成形用金型のキャビィティに粉末を供給し、キャビィティ内の粉末の充填密度を見掛け密度の１．１倍以上としたのち、圧縮成形することが提案されている。
特開２００４−３３８２６８号公報 特開２００６−２４４９３７号公報 特開昭６１−１４７８０２号公報 特開平０７−１６４１９３号公報 In Patent Document 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-164193), when powder is filled into the cavity of the mold by natural dropping, a powder bridge is generated in the cavity and the filling density is likely to vary. From the bottom of the powder supply shoe box in a state in which the powder in the powder supply shoe box is vibrated in order to equalize the packing density of the powder supplied into the cavity and to fill the powder with high density. It has been proposed that powder is supplied to the cavity of the compression mold from the opening and the packing density of the powder in the cavity is made 1.1 times or more of the apparent density, followed by compression molding.
JP 2004-338268 A JP 2006-244937 A JP-A-61-147802 JP 07-164193 A

金型のキャビティー内に粉末材料を充填することは、成型品の種類を問わず、従来から多くの改良が行われている。一方、燃料電池のセパレータでは、使用する粉末材料の流動性が低い上、成型品に対しては厚み精度と密度の均一性が要求されている。   Filling a mold cavity with a powder material has been conventionally improved in many ways regardless of the type of molded product. On the other hand, in the separator of the fuel cell, the fluidity of the powder material to be used is low, and the thickness accuracy and density uniformity are required for the molded product.

しかしながら、燃料電池用セパレータの製造方法に関する前述の先行文献１及び２の他、その他の先行文献においても、成形される製品が肉薄に形成されるという点については、何等検討されていない。   However, in addition to the above-mentioned prior art documents 1 and 2 relating to the method for producing a fuel cell separator, the other prior art documents have not been studied at all as regards that the molded product is formed thin.

そこで本発明は、燃料電池のセパレータのように肉薄に形成される製品であっても、厚み精度と密度の均一性を向上させることのできる粉末材料充填具、粉末材料充填方法および燃料電池用セパレータの製造方法を提供することを第一の課題とする。   Therefore, the present invention provides a powder material filling tool, a powder material filling method, and a fuel cell separator that can improve thickness accuracy and density uniformity even for a thin product such as a fuel cell separator. It is a first object to provide a manufacturing method.

また、黒鉛と熱硬化性合成樹脂で形成される樹脂タイプの燃料電池用セパレータでは、原料となる粉末材料が熱硬化性合成樹脂を含んでおり、一方で当該粉末材料を充填する金型は熱を帯びている場合が多い。その結果、粉末材料の充填に際して金型の熱によりブリッジが生じることも考えられる。   Also, in a resin type fuel cell separator formed of graphite and a thermosetting synthetic resin, the powder material used as a raw material contains a thermosetting synthetic resin, while the mold filling the powder material is a heat In many cases. As a result, it is considered that a bridge is generated by the heat of the mold when the powder material is filled.

そこで本発明は、このようなブリッジの発生を回避することのできる粉末材料充填具、粉末材料充填方法および燃料電池用セパレータの製造方法を提供することを第二の課題とする。   Accordingly, a second object of the present invention is to provide a powder material filler, a powder material filling method, and a method for manufacturing a fuel cell separator that can avoid the occurrence of such a bridge.

上記課題の少なくとも何れかを解決するべく、本発明では粉末材料（特に樹脂タイプの燃料電池用セパレータのように熱硬化性合成樹脂を含有する粉末材料）を用いて金型成型を行う際に、成形金型のキャビティーに充填する粉末材料を、一旦、厚さ方向に貫通する複数の開口を有する粉末材料支持部材で保持し、これを望ましくは振動によって落下させるようにして充填する粉末材料充填具、粉末材料充填方法および燃料電池用セパレータの製造方法とした。   In order to solve at least one of the above problems, in the present invention, when performing mold molding using a powder material (particularly a powder material containing a thermosetting synthetic resin such as a resin-type fuel cell separator), The powder material filling the cavity of the molding die is once held by a powder material support member having a plurality of openings penetrating in the thickness direction, and preferably filled so as to be dropped by vibration. And a method for manufacturing a separator for a fuel cell.

即ち、本発明では、前記課題の少なくとも何れかを解決するために、金型におけるキャビティー内に粉末材料を充填する為の粉末材料充填具であって、粉末材料を貯留するホッパー部と、該ホッパー部内の粉末材料を金型のキャビティーまで案内する案内部と、当該ホッパー部および案内部の少なくとも何れかの内部空間に横断して設置された、厚さ方向に貫通する複数の開口を有する粉末材料支持部材とからなり、当該粉末材料充填具を振動させながら、金型のキャビティー内に堆積した粉末材料を擦り切る様に構成された粉末材料充填具を提供する。   That is, in the present invention, in order to solve at least one of the above problems, a powder material filling tool for filling a powder material into a cavity in a mold, the hopper portion storing the powder material, A guide part that guides the powder material in the hopper part to the cavity of the mold, and a plurality of openings penetrating in the thickness direction installed across the internal space of at least one of the hopper part and the guide part Provided is a powder material filler comprising a powder material support member and configured to scrape off powder material deposited in a cavity of a mold while vibrating the powder material filler.

よって、この粉末材料充填具は、粉末材料充填具を振動させるための振動手段と、キャビティー内に堆積した粉末材料を擦り切るための擦り切り部を具備することが望ましい。かかる振動手段としては、ホッパー部や案内部などの粉末材料充填具の一部や全体を、直接または間接的に振動させるような構造乃至は器具を採用する事ができる。また擦り切り部は、案内部の下端を水平に形成する事によっても実現可能である。   Therefore, it is desirable that this powder material filling tool includes a vibrating means for vibrating the powder material filling tool and a scraping portion for scraping off the powder material deposited in the cavity. As such a vibration means, a structure or a device that vibrates a part or the whole of a powder material filler such as a hopper portion or a guide portion directly or indirectly can be employed. The scraping portion can also be realized by forming the lower end of the guide portion horizontally.

更に本発明では前記課題の何れかを解決するために、金型におけるキャビティー内に粉末材料を充填する為の粉末材料充填具であって、粉末材料を貯留するホッパー部と、該ホッパー部内の粉末材料を金型のキャビティーまで案内する案内部と、当該ホッパー部および案内部の少なくとも何れかの内部空間に横断して設置された、厚さ方向に貫通する複数の開口を有する粉末材料支持部材とからなり、当該粉末材料支持部材における開口面積の合計である総開口総面積は、前記案内部下端に存在する材料排出口の開口面積と同じか、それよりも小さく形成されている粉末材料充填具を提供する。   Furthermore, in order to solve any of the above-mentioned problems, the present invention provides a powder material filler for filling a powder material into a cavity in a mold, a hopper part for storing the powder material, and a hopper part in the hopper part. Powder material support having a guide portion for guiding the powder material to the cavity of the mold, and a plurality of openings penetrating in the thickness direction installed across at least one internal space of the hopper portion and the guide portion The total opening total area, which is a total of the opening area in the powder material supporting member, is the same as or smaller than the opening area of the material discharge port present at the lower end of the guide portion. Provide a filling device.

本発明の粉末材料充填具におけるホッパー部は、少なくとも粉末材料を貯留する機能を有しており、粉末材料を貯留している内部空間は、断面が「Ｖ」字状になる形状など、下方に窄めた形状に形成されている事が望ましい。このホッパー部における材料の出口には、案内部との連通部が設けられており、当該連通部は、ホッパー部内における粉末材料が自然落下により移動する場合には、通常、ホッパー部の下端に設けられている。   The hopper portion in the powder material filling tool of the present invention has a function of storing at least the powder material, and the internal space storing the powder material has a downward cross section such as a shape having a V-shaped cross section. It is desirable to form in a constricted shape. The outlet of the material in the hopper is provided with a communicating part with the guide part, and this communicating part is usually provided at the lower end of the hopper when the powder material in the hopper moves due to natural fall. It has been.

上記案内部は、ホッパー部内に貯留されている粉末材料を金型のキャビティー内に案内するためのものであり、筒状であって、ホッパー部内（即ち、粉末材料の貯留空間）と連通する内部空間を備えている。この案内部の下端は、金型に接する程度に延長されており、当該下端がキャビティーに対する粉末材料の排出口（材料排出口）となっている。   The guide portion is for guiding the powder material stored in the hopper portion into the cavity of the mold, and has a cylindrical shape and communicates with the inside of the hopper portion (that is, the powder material storage space). It has an internal space. The lower end of the guide portion is extended to the extent that it comes into contact with the mold, and the lower end serves as a powder material discharge port (material discharge port) to the cavity.

上記粉末材料支持部材は、厚さ方向に貫通する複数の開口を有しており、ホッパー部内に貯留されている粉末材料を一旦保持し、振動などによって粉末材料を篩い落として、所要量だけキャビティー内に供給するためのものである。またこの粉末材料支持部材は、ホッパー内に貯留されている粉末材料の荷重を負担する機能を有することもできる。かかる粉末材料支持部材としては、パンチングメタルや多孔プレートのように複数の開口を設けたプレート部材や、金網などのネット状部材を使用することができる。また、この粉末材料支持部材における各開口（又はメッシュ孔）の開口面積、および当該開口面積を合計した総開口面積は、充填する粉末材料の特性（流動特性、粒径など）などに応じて適宜調整することができる。特に、燃料電池のセパレータの製造に使用される粉末材料（嵩密度０．６５ｇ／ｃｍ3、流動指数４０〜６０）の場合には、当該粉末材料支持部材の開口面積は０．９６０４ｍｍ2〜１０．６２７６ｍｍ2、望ましくは１．００ｍｍ2〜６．８１２１ｍｍ2、特に望ましくは約３．８８０９ｍｍ2であり、総開口面積は１９６６．８ｍｍ2〜２２９３．５ｍｍ2、望ましくは１０２３ｍｍ2〜２２２４．２ｍｍ2、特に望ましくは約１９８３．３ｍｍ2である。このような大きさであれば、キャビティー内に粉末材料を適正に充填することができる。 The powder material support member has a plurality of openings penetrating in the thickness direction, temporarily holds the powder material stored in the hopper, and sifts the powder material by vibration, etc. It is for supplying in the tee. Moreover, this powder material support member can also have a function which bears the load of the powder material stored in the hopper. As such a powder material support member, a plate member provided with a plurality of openings such as a punching metal or a perforated plate, or a net-like member such as a wire mesh can be used. Further, the opening area of each opening (or mesh hole) in the powder material support member and the total opening area obtained by adding the opening areas are appropriately determined according to the characteristics (flow characteristics, particle size, etc.) of the powder material to be filled. Can be adjusted. In particular, in the case of a powder material (bulk density 0.65 g / cm 3 , flow index 40 to 60) used for manufacturing a fuel cell separator, the opening area of the powder material support member is 0.9604 mm 2 to 10. 6276 mm 2 , desirably 1.00 mm 2 to 6.8121 mm 2 , particularly desirably about 3.8809 mm 2 , and a total opening area of 1966.8 mm 2 to 2293.5 mm 2 , desirably 1023 mm 2 to 2224.2 mm 2. Particularly preferred is about 1983. 3 mm 2 . With such a size, the powder material can be properly filled in the cavity.

また、この粉末材料充填具および／または金型を相対的に移動させてキャビティー内に粉末材料を充填する場合には、その相対移動速度に応じて、当該粉末材料支持部材における各開口（又はメッシュ孔）の開口面積、および総開口面積を適宜調整することができる。このように相対移動させながら粉末材料を充填する場合には、キャビティーの底面上に堆積する粉末材料が、当該キャビティーの深さ（最も深い部分の深さ。以下同じ）の１１倍以下、望ましくは５倍以下、特に望ましくは ４ 倍以下となるように、使用する粉末材料の流動性・粒径に基づいて、粉末材料支持部材における各開口（又はメッシュ孔）の開口面積および総開口面積、ならびに当該相対移動速度などを調整することができる。当該キャビティーの最も深い部分の深さの１１倍を超えると、堆積した粉末材料の荷重により、キャビティー内の粉末材料が必要以上に圧縮されてしまうためである。即ち、キャビティー内に堆積する粉末材料の高さを、当該キャビティーの深さの１１倍以下に調整することにより、キャビティー内に充填される粉末材料の圧縮比を、プレス成型に適した所望の値に調整することができる。   In addition, when the powder material filling tool and / or the mold is relatively moved to fill the cavity with the powder material, each opening (or the opening) in the powder material support member (or depending on the relative movement speed) The opening area of the mesh holes) and the total opening area can be adjusted as appropriate. When filling the powder material while relatively moving in this way, the powder material deposited on the bottom surface of the cavity is not more than 11 times the depth of the cavity (the depth of the deepest portion, the same shall apply hereinafter), The opening area and the total opening area of each opening (or mesh hole) in the powder material support member based on the fluidity and particle size of the powder material used so that it is preferably 5 times or less, particularly preferably 4 times or less. , As well as the relative movement speed can be adjusted. This is because when the depth of the deepest portion of the cavity exceeds 11 times, the powder material in the cavity is compressed more than necessary due to the load of the deposited powder material. That is, by adjusting the height of the powder material deposited in the cavity to 11 times or less the depth of the cavity, the compression ratio of the powder material filled in the cavity is suitable for press molding. It can be adjusted to a desired value.

そして、上記本発明にかかる粉末材料充填具において、粉末材料支持部材は、ホッパー部および案内部の少なくとも何れかの内部空間に横断して設置される。すなわち、上述の粉末材料支持部材は、ホッパー部の内部空間を横断して配置されるか、案内部の内部空間を横断して配置されるか、あるいは両方の空間に横断して配置される。ただし、ホッパー内に残留した粉末材料を除去することを考慮すれば、当該粉末材料支持部材はホッパー部における案内部との連通部か、あるいは連通部内に配置される事が望ましい。また、この粉末材料支持部材はホッパー部および案内部の内部空間に２つ以上設けることもできる。   In the powder material filler according to the present invention, the powder material support member is installed across at least one of the internal spaces of the hopper portion and the guide portion. That is, the above-described powder material support member is disposed across the internal space of the hopper portion, disposed across the internal space of the guide portion, or disposed across both spaces. However, in consideration of removing the powder material remaining in the hopper, it is desirable that the powder material support member is disposed in the communication portion with the guide portion in the hopper portion or in the communication portion. Two or more powder material support members may be provided in the internal spaces of the hopper portion and the guide portion.

上記粉末材料支持部材に保持された粉末材料は、振動によって篩い落とされて、金型のキャビティー内に落下することができる。特に、上記の如く構成された粉末材料充填具では、少なくとも粉末材料を保持する粉末材料支持部材が振動し得る限りにおいて、何れの部分を振動させても良い。従って、粉末材料充填具を金型上に設置した状態においては、粉末材料支持部材に振動が伝わる限り、金型および粉末材料充填具の何れを振動させても良い。この点、粉末材料支持部材を水平方向に摺動させる為には、少なからず摺動のための空間が必要になり、また当該摺動のための空間から粉末材料がこぼれ落ちないための工夫が必要になる。しかしながら、本発明のように粉末材料充填具を振動させることにより、このような空間や工夫を不要にすることができる。   The powder material held on the powder material support member can be sieved off by vibration and dropped into the cavity of the mold. In particular, in the powder material filler configured as described above, any portion may be vibrated as long as at least the powder material support member holding the powder material can vibrate. Therefore, in a state where the powder material filler is placed on the mold, as long as vibration is transmitted to the powder material support member, either the mold or the powder material filler may be vibrated. In this respect, in order to slide the powder material support member in the horizontal direction, a space for sliding is necessary, and ingenuity is required to prevent the powder material from spilling from the space for sliding. become. However, such a space and device can be made unnecessary by vibrating the powder material filler as in the present invention.

以上のように構成された粉末材料充填具では、粉末材料支持部材における開口総面積が、案内部下端に存在する材料排出口の開口面積と同じかそれよりも小さく形成されている事が望ましい。また、粉末材料充填具の材料排出口の長さは、キャビティーの長さよりも小さく形成されている事が望ましい。これによりキャビティー内に充填される粉末材料が、材料排出口に大量に堆積してしまうことを阻止し、当該材料排出口における粉末材料の堆積量を任意にコントロールすることができる。そしてキャビティー内に充填された粉末材料に対してホッパー内に貯留する粉末材料の荷重が作用する事を阻止できるので、均一な材料充填を行うことができる。   In the powder material filling tool configured as described above, it is desirable that the total opening area of the powder material support member is formed to be the same as or smaller than the opening area of the material discharge port present at the lower end of the guide portion. The length of the material discharge port of the powder material filler is preferably smaller than the length of the cavity. Thereby, it is possible to prevent the powder material filled in the cavity from being deposited in a large amount at the material discharge port, and to arbitrarily control the deposition amount of the powder material at the material discharge port. Since the load of the powder material stored in the hopper can be prevented from acting on the powder material filled in the cavity, uniform material filling can be performed.

また本発明では、前記課題の少なくとも何れかを解決するために、上述のように、金型におけるキャビティー内に粉末材料を充填する為の粉末材料充填具であって、粉末材料を貯留するホッパー部と、該ホッパー部内の粉末材料を金型のキャビティーまで案内する案内部と、当該ホッパー部および案内部の少なくとも何れかの内部空間に横断して設置された、厚さ方向に貫通する複数の開口を有する粉末材料支持部材とからなり、更に、当該粉末材料充填具を振動させて、粉末材料支持部材が保持する粉末材料を篩い落とす振動部を設けると共に、前記案内部の下端を、金型のキャビティー内に堆積した粉末材料を擦り切る構造に形成した粉末材料充填具を提供する。   According to the present invention, in order to solve at least one of the above-mentioned problems, as described above, a powder material filler for filling a powder material into a cavity in a mold, the hopper storing the powder material And a guide part for guiding the powder material in the hopper part to the cavity of the mold, and a plurality of parts penetrating in the thickness direction installed across the internal space of at least one of the hopper part and the guide part And a vibrating portion for vibrating the powder material filler to screen out the powder material held by the powder material supporting member, and the lower end of the guide portion is made of gold. Provided is a powder material filler formed in a structure for scraping off powder material deposited in a cavity of a mold.

この実施の形態の粉末材料充填具が具備する上記振動部は、粉末材料支持部材が保持する粉末材料を篩い落とすための振動を付加するものであり、少なくとも粉末材料支持部材近傍を振動させるように設けられる。具体的には、粉末材料充填具全体を振動させる他、当該粉末材料充填具における粉末材料支持部材近傍、あるいは粉末材料支持部材を振動させる様に設けられる。かかる振動部は、空気などの流体圧力、電力、あるいは磁力等によって移動し、振動を生じさせる錘を含んで構成することができる他、外部の装置で発生させた振動を、この粉末材料充填具に伝えるための構造体とすることができる。また、この振動部によって付与される振動は、水平方向の振動であることが望ましく、振動数は５１Ｈｚ〜１４９Ｈｚ、望ましくは１０２Ｈｚ〜１４９Ｈｚであり、使用圧力は０．２〜０．６ＭＰａである。   The vibration part included in the powder material filler according to this embodiment adds vibration for sieving the powder material held by the powder material support member, and vibrates at least the vicinity of the powder material support member. Provided. Specifically, in addition to vibrating the whole powder material filling tool, it is provided in the vicinity of the powder material support member in the powder material filling tool or so as to vibrate the powder material support member. Such a vibration part can be configured to include a weight that is moved by fluid pressure such as air, electric power, or magnetic force to generate vibration, and vibration generated by an external device can be used for this powder material filling tool. It can be a structure to convey to. Moreover, it is desirable that the vibration imparted by this vibration part is a horizontal vibration, the vibration frequency is 51 Hz to 149 Hz, desirably 102 Hz to 149 Hz, and the working pressure is 0.2 to 0.6 MPa.

また、この実施の形態における粉末材料充填具の案内部は、その下端が、金型のキャビティー内に充填された粉末材料を擦り切る構造に形成されている。これにより、金型のキャビティー内に粉末材料を充填する際には、金型および粉末材料充填具の少なくとも何れかを移動させ、案内部下端の材料排出口近傍に堆積した粉末材料を擦り切ることができる。   Moreover, the guide part of the powder material filling tool in this embodiment is formed such that the lower end thereof scrapes off the powder material filled in the cavity of the mold. Thereby, when filling the powder material into the cavity of the mold, at least one of the mold and the powder material filler is moved, and the powder material deposited near the material discharge port at the lower end of the guide portion is scraped off. be able to.

すなわち粉末材料充填具における材料排出口の長さ（粉末材料充填具の移動方向の長さ）を、キャビティーの長さよりも短く形成することにより、粉末材料支持部材から落下した粉末材料は、キャビティー上であって、案内部の内部空間内に堆積することになる。そこで金型および粉末材料充填具の少なくとも何れかを移動させて、堆積した余分な粉末材料を擦り切れば、擦り切られた粉末材料は、そのまま案内部の内部空間内に存在し、当該粉末材料充填具の相対的な移動方向に存在するキャビティー内に充填される。これにより充填された粉末材料上に堆積する粉末材料の量を一定に保つことができる。よって、この案内部をキャビティー上に堆積した粉末材料を擦り切ることができるような構造に形成することにより、擦り切られる粉末材料の質量に起因する影響をなくすことができる。   That is, by forming the length of the material discharge port (the length in the moving direction of the powder material filler) in the powder material filler shorter than the length of the cavity, the powder material dropped from the powder material support member is It will be deposited on the tee and in the internal space of the guide. Therefore, if at least one of the mold and the powder material filling tool is moved and the accumulated excess powder material is scraped off, the scraped powder material remains in the internal space of the guide portion, and the powder material filling It is filled into a cavity that exists in the direction of relative movement of the tool. Thereby, the quantity of the powder material deposited on the filled powder material can be kept constant. Therefore, by forming the guide portion in such a structure that the powder material deposited on the cavity can be scraped off, the influence due to the mass of the powder material to be scraped off can be eliminated.

上記、案内部の下端に形成される「粉末材料を擦り切る構造」としては、例えば前記案内部の内壁面、特に材料排出口近傍の内壁面を直立状に形成するか、あるいは堆積した粉末材料を掬い上げる事ができるように、当該案内部の内壁面を上方に向かって外側に傾斜するように形成することができる。擦り切った粉末材料を粉末材料充填具の相対的な移動方向に存在するキャビティー内に供給することを鑑みれば、材料排出口近傍の内壁面を直立状に形成することが望ましい。なお、この擦り切りにより、キャビティー内に充填された粉末材料を金型の上面と面一にすることができる。   As the “structure for scrubbing the powder material” formed at the lower end of the guide portion, for example, the inner wall surface of the guide portion, particularly the inner wall surface in the vicinity of the material discharge port is formed upright or deposited powder material The inner wall surface of the guide portion can be formed so as to incline outward toward the upper side. In view of supplying the worn powder material into the cavity existing in the relative movement direction of the powder material filler, it is desirable to form the inner wall surface near the material discharge port upright. Note that, by this abrasion, the powder material filled in the cavity can be flush with the upper surface of the mold.

以上のように形成された粉末材料充填具では、振動部から付加される振動により、粉末材料支持部材で保持される粉末材料は所定量づつ金型のキャビティー内に落下する。落下してキャビティー内に堆積した粉末材料は、金型および粉末材料充填具の少なくとも何れかを移動させることにより、案内部下端の擦り切り構造で擦り切られる。これにより、案内部の下端に存在する材料排出口近傍に堆積する粉末材料は常に一定となり、堆積した粉末材料により付加される荷重も一定となることから、キャビティー内に充填される粉末材料の圧縮状態を一定に保った状態で擦り切ることができる。よって、この実施の形態にかかる粉末材料充填具では、金型キャビティーに対する粉末材料の均一な充填を簡易かつ迅速に行うことができるようになっている。   In the powder material filling tool formed as described above, the powder material held by the powder material support member falls into the cavity of the mold by a predetermined amount due to vibration applied from the vibration part. The powder material that falls and accumulates in the cavity is scraped off by the scraping structure at the lower end of the guide portion by moving at least one of the mold and the powder material filler. As a result, the powder material deposited in the vicinity of the material outlet located at the lower end of the guide portion is always constant, and the load applied by the deposited powder material is also constant. It can be worn out while keeping the compression state constant. Therefore, in the powder material filler according to this embodiment, uniform filling of the powder material into the mold cavity can be performed easily and quickly.

上記した本発明にかかる粉末材料充填具において、前記粉末材料支持部材は、案内部の下端から５０ｍｍ以下、望ましくは３０ｍｍ以下、特に望ましくは２０ｍｍ以下であって、当該案内部の下端から０．１ｍｍ以上となる位置に設けることが望ましい。   In the above-described powder material filler according to the present invention, the powder material support member is 50 mm or less from the lower end of the guide part, preferably 30 mm or less, particularly preferably 20 mm or less, and 0.1 mm from the lower end of the guide part. It is desirable to provide in the position which becomes the above.

すなわち、粉末材料支持部材の下方に空間部を設け、この空間部内に、粉末材料支持部材から落下した粉末材料を堆積させるものであり、案内部の下端から粉末材料支持部材までの距離が５０ｍｍを越えると粉末材料充填具が大きくなるし、一方でこの距離が０．１ｍｍ未満では、堆積した粉末材料の上部が粉末材料支持部材の下面に接してしまう。更に、粉末材料が樹脂材料を含んでおり、金型において加熱処理が施される場合には、成型品を脱型した後でも、金型には熱が残るが、粉末材料支持部材を金型のキャビティー底面から０．１ｍｍ以上離して設けることで、この金型に残留する熱による影響（ブリッジの発生など）を阻止することができる。   That is, a space is provided below the powder material support member, and the powder material dropped from the powder material support member is deposited in the space, and the distance from the lower end of the guide portion to the powder material support member is 50 mm. If it exceeds, the powder material filling tool becomes large. On the other hand, if the distance is less than 0.1 mm, the upper part of the deposited powder material comes into contact with the lower surface of the powder material support member. Furthermore, when the powder material contains a resin material and heat treatment is performed in the mold, heat remains in the mold even after the molded product is removed, but the powder material support member is By providing it at a distance of 0.1 mm or more from the bottom surface of the cavity, it is possible to prevent the influence (such as generation of a bridge) due to the heat remaining in the mold.

さらに本発明では、前記課題の少なくともいずれかの課題を解決する燃料電池用セパレータ製造用の粉末材料充填方法を提供する。即ち、金型を用いた圧縮成形を行うために、当該金型のキャビティー内に、粉末材料充填具で粉末材料を充填する方法であって、当該キャビティー内への粉末材料の充填は、粉末材料を貯留する粉末材料充填具のホッパー部から金型のキャビティーに供給される粉末材料を、厚さ方向に貫通する複数の開口を有する粉末材料支持部材で一旦保持し、粉末材料支持部材で保持している粉末材料を振動によって篩い落としながら、粉末材料充填具および金型の少なくとも何れかを移動させて行う燃料電池用セパレータ製造用の粉末材料充填方法を提供する。   Furthermore, the present invention provides a powder material filling method for producing a fuel cell separator that solves at least one of the above-mentioned problems. That is, in order to perform compression molding using a mold, a method of filling a powder material into a cavity of the mold with a powder material filler, the filling of the powder material into the cavity, The powder material supplied from the hopper portion of the powder material filling tool for storing the powder material to the mold cavity is temporarily held by the powder material support member having a plurality of openings penetrating in the thickness direction, and the powder material support member A powder material filling method for manufacturing a fuel cell separator is provided by moving at least one of a powder material filling tool and a mold while sieving the powder material held in step 1 by vibration.

金型のキャビティー内に粉末材料を充填する際、特に燃料電池用のセパレータを製造するために使用される粉末材料は、樹脂材料が配合されていることから流動性に乏しく、この低い流動性により、金型のキャビティー内に均一に充填するのは困難になっていた。そこで本発明では、流動性の良くない粉末材料でも安定的にキャビティー内に充填できるように、当該粉末材料を粉末材料支持部材で保持すると共に、振動を加えることにより落下させる方法を採用したものである。   When filling the mold cavity with powder material, especially the powder material used to manufacture the separator for fuel cell is poor in fluidity because of the resin material, this low fluidity Therefore, it has been difficult to uniformly fill the mold cavity. Therefore, the present invention adopts a method in which the powder material is held by the powder material support member and dropped by applying vibration so that the powder material with poor fluidity can be stably filled in the cavity. It is.

さらに、燃料電池用のセパレータの製造に関しては、粉末材料が流動性に乏しいだけでなく、成型されるセパレータ自体が薄肉に形成されるといった特徴もある。そしてこのような薄肉の製品を成型する場合には、当然に金型のキャビティーの深さも浅くなり、それに応じて粉末材料も薄く充填されることになる。ここで、粉末材料を薄く、かつ密度を一定に充填する場合には、キャビティーに対する粉末材料の堆積量も重要になる。なぜならば、キャビティー内の粉末材料は、充填時に堆積された粉末材料の荷重によって加圧されるためである。また、キャビティー内に粉末材料を堆積させてからこれを擦り切る場合には、摺り切りを開始した始点と、摺り切りの終点とでは、堆積した粉末材料の量（即ち堆積した粉末材料の質量）も異なり、その結果充填した粉末材料の密度も異なってしまう。   Furthermore, regarding the manufacture of a separator for a fuel cell, not only the powder material has poor fluidity but also the molded separator itself is formed thin. When molding such a thin product, the depth of the mold cavity is naturally reduced, and the powder material is filled thinly accordingly. Here, when the powder material is thin and the density is filled constant, the amount of the powder material deposited on the cavity is also important. This is because the powder material in the cavity is pressed by the load of the powder material deposited at the time of filling. In addition, when the powder material is deposited in the cavity and then scraped, the amount of the deposited powder material (that is, the mass of the deposited powder material) is determined depending on the start point at which the scraping is started and the end point of the scraping. ) And, as a result, the density of the filled powder material is also different.

そこで上記本発明の充填方法において、前記粉末材料充填具は、粉末材料を金型のキャビティー内に案内する案内部を具備し、当該案内部の下端を金型のキャビティー内に充填された粉末材料を擦り切る構造に形成しており、前記粉末材料充填具および金型の少なくとも何れかの移動に伴い、当該案内部の下端で金型のキャビティー内に堆積した粉末材料を擦り切る事が望ましい。   Therefore, in the filling method of the present invention, the powder material filling tool includes a guide portion that guides the powder material into the cavity of the mold, and the lower end of the guide portion is filled into the cavity of the mold. The powder material is formed so as to be worn away, and at least one of the powder material filler and the mold is moved, the powder material deposited in the cavity of the mold is scraped off at the lower end of the guide portion. Is desirable.

かかる充填方法によれば、粉末材料を一旦粉末材料支持部材で保持し、これを振動により案内部内に落下させることでキャビティー上における粉末材料の堆積量を一定に保ち、さらに堆積量を一定に保った状態で擦り切る事で、薄く、かつ均等に粉末材料を充填することができる。   According to such a filling method, the powder material is temporarily held by the powder material support member, and is dropped into the guide portion by vibration, so that the amount of powder material deposited on the cavity is kept constant, and the amount of deposit is further constant. By rubbing in the state of keeping, the powder material can be filled thinly and evenly.

特に、上記粉末材料充填方法において、粉末材料充填具および金型の少なくとも何れかの移動と、振動による粉末材料の篩い落としを、（１）粉末材料支持部材から篩い落とされた粉末材料が、案内部の内部空間においてキャビティー内に堆積し、且つ（２）堆積した粉末材料と粉末材料支持部材との間に空隙を確保して行うことにより、キャビティー内に貯留された粉末材料の荷重が、キャビティー内の粉末材料に作用することはなくなる。   In particular, in the above powder material filling method, at least one of the powder material filling tool and the mold is moved and the powder material is sieved by vibration. (1) The powder material sieved from the powder material supporting member is guided. (2) By ensuring a gap between the deposited powder material and the powder material support member, the load of the powder material stored in the cavity is reduced. It will not act on the powder material in the cavity.

また、上記本発明にかかる粉末材料充填具および粉末材料充填方法は、各種および各粒径の粉末材料を充填するために使用できるが、特に、樹脂成分を含有する粉末材料において、その使用による効果が顕著となる。より具体的には、従前において燃料電池用セパレータを製造するために使用されている、以下のような特徴の少なくとも何れかを具備する粉末材料を充填する場合に好適に使用される。
・粉末材料の組成は、黒鉛粉末と熱硬化性樹脂との合計を１００とした場合、黒鉛粉末８０〜９０重量部、熱硬化性樹脂１０〜２０重量部
・比重は０．６５ｇ／ｃｍ3
・粉末材料の粒径は、２０μｍ〜３０μｍ
・粉末材料の流動指数は、１０〜６０
なお、熱硬化性樹脂としては、フェーノーる樹脂を使用する事ができ、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂に代表されるフェノール樹脂を用いると成形性として良好であり、さらに炭素粉末をフェノール樹脂がコーティングしている材料を使用すると、強度も高くなり、好適である。 The powder material filling tool and the powder material filling method according to the present invention can be used for filling powder materials of various types and particle sizes, and particularly in powder materials containing a resin component, the effect of the use. Becomes prominent. More specifically, it is preferably used when filling a powder material having at least one of the following characteristics, which has been used for producing a fuel cell separator.
The composition of the powder material is 80 to 90 parts by weight of graphite powder and 10 to 20 parts by weight of thermosetting resin when the total of the graphite powder and the thermosetting resin is 100. The specific gravity is 0.65 g / cm 3
・ The particle size of the powder material is 20 to 30 μm.
The flow index of the powder material is 10-60
As the thermosetting resin, a phenol resin can be used. If a phenolic resin typified by a resol type phenolic resin or a novolac type phenolic resin is used, the moldability is good. When the material coated with is used, the strength is increased, which is preferable.

また、上記本発明にかかる粉末材料充填具および粉末材料充填方法は、キャビティーの深さが０．３ｍｍ〜３０ｍｍ、望ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍの場合に、その使用による効果が顕著となる。即ち、本発明にかかる充填方法では、粉末材料充のキャビティー上への堆積および堆積した余分な粉末材料の擦り切りは、すべて案内部の内部空間内で行われている。このためキャビティー内に充填された粉末材料が、その粘性によって相互に付着し、擦り切り工程で擦り切られる粉末材料と共に除去されるといった不具合を無くすことができる。この点、仮に粉末材料の堆積を行った後に、別工程で余分な粉末材料の擦り切りを行った場合には、擦り切られた粉末材料は、擦り切り方向の終端に向かうにつれて徐々に堆積し、その重さにより堆積した粉末材料が押し固まって、相互の結合が強くなる。このような状態で余分な粉末材料を擦り切れば、キャビティー内に存在する粉末材料が少ない分、キャビティー内の粉末材料も擦り切られる粉末材料と共に引き出されてしまう。よって、本発明にかかる粉末材料充填具および粉末材料充填方法は、燃料電池のセパレーターを製造する場合のように、キャビティーの深さが０．３ｍｍ〜３０ｍｍの場合に有用なものとなる。   In the powder material filling tool and the powder material filling method according to the present invention, the effect of the use becomes remarkable when the depth of the cavity is 0.3 mm to 30 mm, preferably 0.5 mm to 5 mm. That is, in the filling method according to the present invention, the deposition of the powder material filling on the cavity and the scraping of the accumulated excess powder material are all performed in the internal space of the guide portion. For this reason, it is possible to eliminate such a problem that the powder materials filled in the cavities adhere to each other due to their viscosity and are removed together with the powder material to be scraped off in the scraping step. In this regard, if the powder material is deposited and then the excess powder material is scraped off in a separate step, the scraped powder material gradually accumulates toward the end of the scraping direction, The powder material deposited by the weight is consolidated and the mutual bond is strengthened. If the excess powder material is scraped off in such a state, the powder material in the cavity is pulled out together with the powder material to be scraped off because the powder material in the cavity is small. Therefore, the powder material filling tool and the powder material filling method according to the present invention are useful when the cavity depth is 0.3 mm to 30 mm, as in the case of manufacturing a separator for a fuel cell.

そして本発明では、前記課題の少なくともいずれかの課題を解決するために、金型のキャビティー内に粉末材料を充填し、これを圧縮成形することを含む燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記金型のキャビティー内に粉末材料を充填する方法として、上記した本発明にかかる粉末材料充填方法が実施されている燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。   And in the present invention, in order to solve at least one of the above-mentioned problems, a method for producing a separator for a fuel cell comprising filling a powder material into a cavity of a mold and compression-molding the powder material. As a method for filling the mold cavity with the powder material, there is provided a method for manufacturing a fuel cell separator in which the above-described powder material filling method according to the present invention is carried out.

かかる方法によれば、金型のキャビティー内に、粉末材料を均等かつ同じ密度で充填することができることから、製造された燃料電池用セパレータもムラがなく、面精度が向上したものとなる。   According to this method, since the powder material can be filled uniformly and at the same density into the cavity of the mold, the manufactured fuel cell separator is not uneven and the surface accuracy is improved.

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して説明する。特に、この実施の形態では燃料電池用セパレータの製造方法を示しており、金型10のキャビティー11に対する粉末材料30充填方法、およびこの充填方法に使用する粉末材料充填具20に特徴を有する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In particular, this embodiment shows a method for manufacturing a separator for a fuel cell, which is characterized by a method for filling the cavity 11 of the mold 10 with the powder material 30 and the powder material filling tool 20 used in this filling method.

図１は、この粉末材料充填具20を金型10に設置した状態を示す、粉末材料充填具20の移動方向に沿う断面図であり、図２は粉末材料充填具20の斜視図、図３は粉末材料充填具20の平面図、図４はこの粉末材料充填具20を用いた粉末材料30の充填工程を示す略図、図５および６は他の実施の形態に係る粉末材料充填具を示す移動方向に沿う断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of the powder material filler 20 along the moving direction of the powder material filler 20, showing a state where the powder material filler 20 is installed in the mold 10, and FIG. 2 is a perspective view of the powder material filler 20. 4 is a plan view of the powder material filler 20, FIG. 4 is a schematic diagram showing a filling process of the powder material 30 using the powder material filler 20, and FIGS. 5 and 6 show powder material fillers according to other embodiments. It is sectional drawing which follows a moving direction.

最初に図１を参照しながら、本実施の形態にかかる粉末材料30充填具の使用状態を説明すると、この粉末材料充填具20は、燃料電池用セパレータを成型するための金型10の上に載置して使用される。金型10に対する粉末材料充填具20の設置状態は、粉末材料充填具20における下端に設けられている材料排出口23が、金型10の上面と面一になるように配置されていればよく、当該材料排出口23 の周りが金型10に接しているか否かは問わない。   First, the usage state of the powder material 30 filler according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. The powder material filler 20 is placed on a mold 10 for molding a fuel cell separator. Mounted and used. The installation state of the powder material filler 20 with respect to the mold 10 may be as long as the material discharge port 23 provided at the lower end of the powder material filler 20 is flush with the upper surface of the mold 10. It does not matter whether the periphery of the material discharge port 23 is in contact with the mold 10 or not.

また金型10には、燃料電池用セパレータを成型するための粉末材料30を充填するキャビティー11 が設けらている。そして、粉末材料充填具20において粉末材料30が存在乃至は通過する空間は、このキャビティー11と連通している。また粉末材料充填具20における下方の材料排出口23の大きさは、少なくとも当該粉末材料充填具20の移動方向に沿う開口長さが、キャビティー11の開口長さよりも小さく形成されている。そのため、当該キャビティー11内に粉末材料30を充填するには、粉末材料充填具20および金型10の少なくとも何れかを、図面中矢印で示す向きに移動させる必要がある（後述の図４参照。なお図４（ｂ）は図４（ａ）からの相対移動後の状態を示している）。なお、本実施の形態におけるキャビティー11の長さ（粉末材料充填具20／金型10 が相対移動する方向の長さ）は、２００ｍｍであり、粉末材料充填具20の材料排出口23の長さは３０ｍｍである。   The mold 10 is provided with a cavity 11 filled with a powder material 30 for molding a fuel cell separator. The space through which the powder material 30 exists or passes in the powder material filler 20 communicates with the cavity 11. The lower material discharge port 23 of the powder material filler 20 is formed such that at least the opening length along the moving direction of the powder material filler 20 is smaller than the opening length of the cavity 11. Therefore, in order to fill the cavity 11 with the powder material 30, it is necessary to move at least one of the powder material filler 20 and the mold 10 in the direction indicated by the arrow in the drawing (see FIG. 4 described later). 4 (b) shows a state after relative movement from FIG. 4 (a)). Note that the length of the cavity 11 in this embodiment (the length in the direction in which the powder material filler 20 / the mold 10 moves relatively) is 200 mm, and the length of the material discharge port 23 of the powder material filler 20 The thickness is 30 mm.

次に図２〜４を参照しながら、本実施の形態にかかる粉末材料充填具20の全体構成を説明する。   Next, the overall configuration of the powder material filler 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

この粉末材料充填具20は、図１および２に示すように、粉末材料30が貯留されるホッパー部21と、このホッパー部21内の粉末材料30を保持する粉末材料支持部材40と、この粉末材料支持部材40の下方に延伸し、ホッパー部21内の粉末材料30を金型10のキャビティー11まで案内する案内部22と、この粉末材料充填具20を振動させる振動部24とで構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the powder material filling tool 20 includes a hopper portion 21 in which the powder material 30 is stored, a powder material support member 40 that holds the powder material 30 in the hopper portion 21, and the powder. The guide portion 22 extends below the material support member 40 and guides the powder material 30 in the hopper portion 21 to the cavity 11 of the mold 10 and the vibration portion 24 that vibrates the powder material filler 20. ing.

ホッパー部21は、粉末材料充填具20が粉末材料30の充填時に移動する方向の内面25が、下方に向かって「Ｖ」字状に傾斜している。そして、当該ホッパー部21の下端には、案内部22内に連通する連通口26（幅１１０ｍｍ、長さ３０ｍｍ）が設けられており、当該連通口26には、金網を用いて形成された粉末材料支持部材40が設けられている。   In the hopper portion 21, the inner surface 25 in the direction in which the powder material filler 20 moves when the powder material 30 is filled is inclined downward in a “V” shape. A communication port 26 (width 110 mm, length 30 mm) communicating with the guide portion 22 is provided at the lower end of the hopper portion 21, and the communication port 26 is formed with a wire mesh. A material support member 40 is provided.

この粉末材料支持部材40は、連通口26の大きさに合わせて、幅１１０ｍｍ、長さ３０ｍｍに形成されており、目開きが１９７μｍの金網が使用されている。かかる粉末材料支持部材40の開口面積は３．８８０９ｍｍ2で、開口総面積は１９８３．３ｍｍ2である。なお、この金網の種類は特に限定されず、平織り金網でも、ラスメタルでも良い。この粉末材料支持部材40は、ホッパー部21内に貯留されている粉末材料3 0を保持するものであり、粉末材料30中に含まれ得る塵埃などの異物を排除する必要はない。よって、本発明で使用される粉末材料支持部材40は、当該粉末材料30を保持できる限りにおいて、開口径や開口面積は問題にならない。むしろ粉末材料支持部材40における粉末材料30のブリッジを考慮すれば、当該粉末材料支持部材40の開口面積は、粉末材料30を保持できる限りにおいて、可能な限り大きく形成することが望ましい。具体的には、当該開口面積は０．９６０４ｍｍ2〜１０．６２７６ｍｍ2の範囲で形成されることが望ましい。 The powder material support member 40 is formed to have a width of 110 mm and a length of 30 mm in accordance with the size of the communication port 26, and a wire mesh having a mesh opening of 197 μm is used. The powder material supporting member 40 has an opening area of 3.8809 mm 2 and a total opening area of 1983. 3 mm 2 . The type of the wire mesh is not particularly limited, and may be a plain weave wire mesh or a lath metal. The powder material support member 40 holds the powder material 30 stored in the hopper portion 21, and it is not necessary to exclude foreign matters such as dust that may be contained in the powder material 30. Therefore, the powder material support member 40 used in the present invention has no problem with the opening diameter or the opening area as long as the powder material 30 can be held. Rather, considering the bridge of the powder material 30 in the powder material support member 40, it is desirable that the opening area of the powder material support member 40 be as large as possible as long as the powder material 30 can be held. Specifically, the opening area is desirably formed in the range of 0.9604 mm 2 to 1.0276 mm 2 .

この金網を用いて形成された粉末材料支持部材40をホッパーの連通口26に設ける際には、少なくとも振動や、粉末材料30の荷重により、当該粉末材料支持部材40が脱落することのないように設置されるべきである。さらに望ましくは、この粉末材料支持部材40は任意に着脱可能であって、交換可能なように設けられる。これは、粉末材料30の物性や、金型10および粉末材料充填具20の少なくとも何れかが移動（以下、「相対移動」とする）する速度、ならびに充填時に付与される振動の振幅と周期に応じて、異なる開口径、開口面積の金網を使用できるようにするためである。   When the powder material support member 40 formed using this wire mesh is provided in the communication port 26 of the hopper, the powder material support member 40 is not dropped due to at least vibration or a load of the powder material 30. Should be installed. More preferably, the powder material support member 40 is arbitrarily detachable and is provided so as to be replaceable. This depends on the physical properties of the powder material 30, the speed at which at least one of the mold 10 and the powder material filler 20 moves (hereinafter referred to as “relative movement”), and the amplitude and period of vibration applied during filling. Accordingly, it is possible to use a wire mesh having different opening diameters and opening areas.

また、本実施の形態における粉末材料充填具20では、ホッパー部21における連通口26と案内部22 下端の材料排出口23とを、同じ形状かつ面積に形成している。このように両者の形状と開口面積を同じにすることにより、連通部内の材料排出口23付近に供給される粉末材料30量と、キャビティー1 1内に充填されて使用される粉末材料30量とのバランスを保つことができる。その結果、連通部内の材料排出口23付近に大量の粉末材料30が堆積することがなくなり、自重による圧縮を阻止することができる。   Further, in the powder material filling tool 20 in the present embodiment, the communication port 26 in the hopper portion 21 and the material discharge port 23 at the lower end of the guide portion 22 are formed in the same shape and area. Thus, by making the shape and opening area of both the same, the amount of powder material 30 supplied to the vicinity of the material discharge port 23 in the communicating portion, and the amount of powder material 30 filled and used in the cavity 11 Can keep balance with. As a result, a large amount of the powder material 30 is not deposited near the material discharge port 23 in the communication portion, and compression due to its own weight can be prevented.

図３は、金型10上に配置した粉末材料充填具20を上方から見た状態を示す上面図である。この図に示すように、ホッパー部21と連通部との連通口26に設けられる粉末材料支持部材40は、全体形状が略矩形であり、後述の図４に示すように、短辺方向に移動するように構成さている。また粉末材料支持部材40の幅（長辺方向の長さ）は、金型10におけるキャビティー11の幅と同じか、あるいはそれよりも広く形成されている。なお、この図３における符号24は、当該粉末材料充填具20に対して振動を加えるための振動部である。   FIG. 3 is a top view showing a state in which the powder material filler 20 arranged on the mold 10 is viewed from above. As shown in this figure, the powder material support member 40 provided in the communication port 26 between the hopper portion 21 and the communication portion has a substantially rectangular overall shape, and moves in the short side direction as shown in FIG. Is configured to do. Further, the width (length in the long side direction) of the powder material support member 40 is the same as or wider than the width of the cavity 11 in the mold 10. In addition, the code | symbol 24 in this FIG. 3 is a vibration part for applying a vibration with respect to the said powder material filling tool 20. FIG.

上記粉末材料充填具20を振動させる振動部24は、エクセン株式会社製のピストンバイブレータ（ＥＰＶシリーズ）型式ＥＰＶ１８で構成することができ、望ましくは、粉末材料充填具20を ０．２〜０．６ＭＰａの使用圧力で、水平方向に１０２〜１４９Ｈｚの振動数で振動させる。   The vibrating part 24 for vibrating the powder material filler 20 can be constituted by a piston vibrator (EPV series) model EPV18 manufactured by Exen Corporation. Preferably, the powder material filler 20 is 0.2 to 0.6 MPa. At a working frequency of 102 to 149 Hz in the horizontal direction.

そして図４は、以上のように構成された粉末材料充填具20を用いて、粉末材料30を充填する工程を示している。この図では、ホッパー部21に貯留されている粉末材料30が、粉末材料支持部材40によって保持されており、振動部24で当該粉末材料充填具20を振動させることにより、粉末材料支持部材40に保持されている粉末材料30を案内部22内に落下させている。そして案内部22を通過した粉末材料30は、下端の材料排出口23から排出され、これが金型10のキャビティー11内に充填される。この時、当該キャビティー11内には、その深さの１１倍程度の粉末材料30が堆積するように、粉末材料充填具20の移動速度、振動具合、粉末材料支持部材40の開口具合が調整される。そしてキャビティー11上であって、案内部22の内部空間内に堆積した粉末材料30は、当該粉末材料充填具20の相対移動に伴い、金型10よりも隆起している部分が、案内部22の移動方向に存在する内面で擦り切られる。擦り切られた粉末材料30は、案内部22の内部空間内に存在し、相対移動方向に存在するキャビティー11内に充填される。これにより、キャビティー11内に充填される粉末材料30の充填ムラ（乃至は密度の不均一）をなくすことができる。   FIG. 4 shows a step of filling the powder material 30 using the powder material filler 20 configured as described above. In this figure, the powder material 30 stored in the hopper part 21 is held by the powder material support member 40, and the powder material support member 40 is vibrated by vibrating the powder material filler 20 in the vibration part 24. The held powder material 30 is dropped into the guide portion 22. Then, the powder material 30 that has passed through the guide portion 22 is discharged from the material discharge port 23 at the lower end, and this is filled in the cavity 11 of the mold 10. At this time, the moving speed of the powder material filling tool 20, the vibration condition, and the opening condition of the powder material support member 40 are adjusted so that the powder material 30 of about 11 times the depth is deposited in the cavity 11. Is done. The powder material 30 deposited on the cavity 11 and in the internal space of the guide portion 22 has a portion protruding from the mold 10 with the relative movement of the powder material filler 20, and the guide portion It is worn by the inner surface existing in 22 moving directions. The scraped powder material 30 is present in the internal space of the guide portion 22, and is filled in the cavity 11 existing in the relative movement direction. Thereby, uneven filling (or non-uniform density) of the powder material 30 filled in the cavity 11 can be eliminated.

また粉末材料支持部材40は、金型10からの高さが０．１〜５０ｍｍの範囲内に設けられていることから、粉末材料30の充填に際して、金型10からの熱によるブリッジ現象をなくすことができる。なお、この粉末材料30の充填に際して、当該粉末材料充填具20の材料排出口23は、金型10のキャビティー11上を縦断することになるが、当該粉末材料充填具20の移動は、キャビティー11上を２往復する事が望ましい。２往復することにより、キャビティー11内に充填された粉末材料30の嵩密度が低過ぎるのを阻止し、ばらつきが大きくならないようにしている。   In addition, since the powder material support member 40 is provided within a range of 0.1 to 50 mm in height from the mold 10, the bridging phenomenon due to heat from the mold 10 is eliminated when the powder material 30 is filled. be able to. When filling the powder material 30, the material discharge port 23 of the powder material filler 20 cuts vertically over the cavity 11 of the mold 10. However, the movement of the powder material filler 20 is It is desirable to make two round trips on tee 11. By reciprocating twice, the bulk density of the powder material 30 filled in the cavity 11 is prevented from being too low so that the variation does not increase.

そして、以上のようにしてキャビティー11内に充填された粉末材料30は、従前の方法などにより金型10内で圧縮（必要に応じて更に加熱）されて、成型乃至は硬化した後に、脱型することにより、成型品としての燃料電池用セパレータを製造することができる。   The powder material 30 filled in the cavity 11 as described above is compressed (further heated if necessary) in the mold 10 by a conventional method or the like, and after molding or curing, the powder material 30 is removed. By molding, a fuel cell separator as a molded product can be produced.

この製造された燃料電池用セパレータでは、粉末材料30の均一な充填により、面精度の良い製品となっている。   This manufactured fuel cell separator is a product with good surface accuracy due to the uniform filling of the powder material 30.

なお、粉末材料充填具20は、図１に示したように、ホッパー部21と案内部22とを一体成型する他、両者を別に形成して接合することも可能である。特に両者を接合する場合には、両者間に粉末材料支持部材40を挟み込んで接合することもできる。   As shown in FIG. 1, the powder material filling tool 20 can be integrally formed with the hopper portion 21 and the guide portion 22, or can be formed and joined separately. In particular, when both are joined, the powder material support member 40 may be sandwiched between the two to join.

また、図５および６は、本発明に係る粉末材料充填具の他の実施の形態を示す移動方向に沿う断面図である。図５に示す粉末材料充填具120は、連通口126の開口長さと材料排出口123の長さが同じであり、案内部122の一部が広がって形成されている。また図６に示す粉末材料充填具220は、粉末材料充填具220を２枚設けた実施態様であり、その内の一枚240bを案内部222内に、他の一枚240aをホッパー部221内に設けている。これら何れの実施態様であっても、本発明における何れかまたは全ての効果を得る事ができる。   5 and 6 are cross-sectional views along the moving direction showing another embodiment of the powder material filler according to the present invention. In the powder material filling tool 120 shown in FIG. 5, the opening length of the communication port 126 and the length of the material discharge port 123 are the same, and a part of the guide portion 122 is formed to be widened. Also, the powder material filler 220 shown in FIG. 6 is an embodiment in which two powder material fillers 220 are provided, one of which 240b is in the guide portion 222 and the other one 240a is in the hopper portion 221. Provided. In any of these embodiments, any or all of the effects of the present invention can be obtained.

＜実施例＞
本実施例では、燃料電池用セパレータを成型するために、黒鉛粉末８０〜９０重量部、熱硬化性樹脂（特にフェノール樹脂）１０〜２０重量部（両者の合計は１００重量部）からなる粉末材料（嵩密度０．６５ｇ／ｃｍ3、流動指数４０〜６０）を用いて、金型のキャビティー内に粉末材料を充填し、燃料電池用セパレータを成型した。 <Example>
In this example, in order to mold a separator for a fuel cell, a powder material comprising 80 to 90 parts by weight of graphite powder and 10 to 20 parts by weight of a thermosetting resin (particularly phenol resin) (the total of both being 100 parts by weight). Using a bulk density of 0.65 g / cm 3 and a flow index of 40 to 60, the cavity of the mold was filled with a powder material, and a fuel cell separator was molded.

粉末材料の充填方法は、実際の作業工程における充填時間を考慮した上で、１００ｍｍ／秒の速度で粉末材料充填具を移動させ、この移動に伴って案内部の下端内面で堆積した粉末材料を擦り切った。また、粉末材料充填具は、キャビティー上を２往復させて粉末材料を充填した。 In the powder material filling method, the powder material filling tool is moved at a speed of 100 mm / second in consideration of the filling time in the actual work process, and the powder material deposited on the inner surface of the lower end of the guide portion along with this movement is moved. Frayed. Moreover, the powder material filling tool was reciprocated twice on the cavity to fill the powder material.

そしてこの粉末材料を充填したキャビティーの深さは５ｍｍであった。更に、ホッパー部における連通口と材料排出口とは、共に矩形で幅１１０ｍｍ、長さ３０ｍｍに形成された粉末材料充填具を用いた。   The depth of the cavity filled with this powder material was 5 mm. Furthermore, the powder material filling tool in which the communication port and the material discharge port in the hopper part are both rectangular and have a width of 110 mm and a length of 30 mm was used.

粉末材料充填具としては、前記図２に示したものを用いており、特に金型の上面から粉末材料支持部材までの距離は２０ｍｍであり、振動器は、使用圧力を０．６ＭＰａに設定し、振動数を１０２〜１４９Ｈｚに設定した。   As the powder material filling tool, the one shown in FIG. 2 is used. In particular, the distance from the upper surface of the mold to the powder material support member is 20 mm, and the vibrator is set at a working pressure of 0.6 MPa. The frequency was set to 102-149 Hz.

そして、粉末材料充填具の粉末材料支持部材として、粉末材料支持部材Ａ（開口面積０．９６０４ｍｍ2、総開口面積１９６６．８ｍｍ2）、粉末材料支持部材Ｂ（開口面積６．８１２１ｍｍ2、総開口面積２２２４．２ｍｍ2）、粉末材料支持部材Ｃ（開口面積３．８８０９ｍｍ2、総開口面積１９８３．３ｍｍ2）の３種類を用いた。そして、上記のそれぞれについて金型温度を１７０℃、プレス圧を１０００ｋｇ／ｃｍ２にして、１分間プレスし、離型したセパレータを評価した。その結果、何れの粉末材料支持部材でも、キャビティー内に充填された粉末材料、およびその成型品ともに、均一な密度であった。
＜比較実験１＞ As powder material support members of the powder material filler, powder material support member A (opening area 0.9604 mm 2 , total opening area 1966.8 mm 2 ), powder material support member B (opening area 6.8121 mm 2 , total opening) Three types of an area 2222.2 mm 2 ) and a powder material support member C (opening area 3.8809 mm 2 , total opening area 1983.3 mm 2 ) were used. And about each of said, the mold temperature was set to 170 degreeC, the press pressure was set to 1000 kg / cm < 2 >, and it pressed for 1 minute and evaluated the separator which released. As a result, in any powder material support member, the powder material filled in the cavity and the molded product thereof had a uniform density.
<Comparison experiment 1>

比較のために、キャビティー内への粉末材料の堆積と、堆積した粉末材料の擦り切りを別の工程で行った。その結果、キャビティー内に充填された粉末材料、およびその成型品は、擦り切り工程の始端側よりも終端側で密度が高くなった。   For comparison, the deposition of the powder material in the cavity and the abrasion of the deposited powder material were performed in separate steps. As a result, the density of the powder material filled in the cavity and the molded product thereof was higher on the end side than on the start side in the abrasion process.

尚、本発明の粉末材料充填具、粉末材料充填方法および燃料電池用セパレータの製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。   The powder material filling tool, the powder material filling method, and the fuel cell separator manufacturing method of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Can be added.

本発明かかる粉末材料充填具および粉末材料充填方法は、金型に対して各種の粉末材料を充填する際、即ち各種の成型品を製造する際にに使用できる。特に、これら粉末材料充填具および粉末材料充填方法は、金型のキャビティーの深さが浅い場合、即ち燃料電池用セパレータの製造において有効に利用される。   The powder material filling tool and the powder material filling method of the present invention can be used when filling various pulverized materials into a mold, that is, when manufacturing various molded products. In particular, the powder material filling tool and the powder material filling method are effectively used when the depth of the mold cavity is shallow, that is, in the manufacture of a separator for a fuel cell.

本実施の形態の粉末材料充填具を金型に設置した状態を示す側面断面図Side surface sectional view which shows the state which installed the powder material filler of this Embodiment in the metal mold | die 当該粉末材料充填具の斜視図Perspective view of the powder material filler 当該粉末材料充填具の平面図Plan view of the powder material filler 粉末材料充填具を用いた粉末材料の充填工程を示す略図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の移動後の状態を示している。It is the schematic which shows the filling process of the powder material using a powder material filler, and FIG.4 (b) has shown the state after the movement of Fig.4 (a). 他の形態の粉末材料充填具を示す移動方向に沿う断面図Sectional drawing which follows the moving direction which shows the powder material filler of another form 更に他の形態の粉末材料充填具を示す移動方向に沿う断面図Sectional drawing which follows the moving direction which shows the powder material filler of another form

符号の説明Explanation of symbols

10 金型
11 キャビティー
20 粉末材料充填具
21 ホッパー部
22 案内部
23 粉末材料支持部材
24 振動部
26 連通口
30 粉末材料 10 Mold
11 cavity
20 Powder material filler
21 Hopper section
22 Information section
23 Powder material support member
24 Vibration section
26 Communication port
30 Powder material

Claims (8)

金型におけるキャビティー内に粉末材料を充填する為の粉末材料充填具であって、
粉末材料を貯留するホッパー部と、該ホッパー部内の粉末材料を金型のキャビティーまで案内する案内部と、当該ホッパー部および案内部の少なくとも何れかの内部空間に横断して設置された、厚さ方向に貫通する複数の開口を有する粉末材料支持部材とからなり、
当該粉末材料充填具を振動させながら、金型のキャビティー内に堆積した粉末材料を擦り切ることを特徴とする粉末材料充填具。 A powder material filler for filling powder material into a cavity in a mold,
A hopper portion for storing the powder material, a guide portion for guiding the powder material in the hopper portion to the cavity of the mold, and a thickness installed across the internal space of at least one of the hopper portion and the guide portion. A powder material support member having a plurality of openings penetrating in the vertical direction,
A powder material filler, wherein the powder material deposited in the cavity of the mold is scraped off while the powder material filler is vibrated. 前記粉末材料支持部材における開口面積の合計である総開口総面積は、前記案内部下端に存在する材料排出口の開口面積と本質的に同じか、それよりも小さい請求項１に記載の粉末材料充填具。   2. The powder material according to claim 1, wherein a total opening total area which is a sum of opening areas in the powder material support member is substantially the same as or smaller than an opening area of a material discharge port existing at a lower end of the guide portion. Filling tool. 前記粉末材料支持部材を、案内部の下端から０．１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下の位置に設けている請求項１又は２に記載の粉末材料充填具。   The powder material filler according to claim 1 or 2, wherein the powder material support member is provided at a position of 0.1 mm or more and 50 mm or less from a lower end of the guide portion. 金型を用いて圧縮成形を行うために、当該金型のキャビティー内に、粉末材料充填具で粉末材料を充填する方法であって、当該キャビティー内への粉末材料の充填は、
粉末材料を貯留する粉末材料充填具のホッパー部から金型のキャビティーに供給される粉末材料を、厚さ方向に貫通する複数の開口を有する粉末材料支持部材で一旦保持し、
粉末材料支持部材で保持している粉末材料を振動によって篩い落としながら、粉末材料充填具および金型の少なくとも何れかを移動させて行われることを特徴とする燃料電池用セパレータ製造用の粉末材料充填方法。 In order to perform compression molding using a mold, a method of filling a powder material into a cavity of the mold with a powder material filler, and filling the powder material into the cavity,
The powder material supplied to the mold cavity from the hopper portion of the powder material filler that stores the powder material is temporarily held by the powder material support member having a plurality of openings penetrating in the thickness direction,
Powder material filling for producing a separator for a fuel cell, wherein the powder material held by the powder material support member is sieved by vibration and at least one of the powder material filler and the mold is moved. Method. 前記粉末材料充填具および金型の少なくとも何れかの移動、および振動による粉末材料の篩い落としは、粉末材料支持部材から篩い落とされた粉末材料がキャビティー内に堆積し、且つ堆積した粉末材料と粉末材料支持部材との間に空隙を確保して行われる、請求項４に記載の粉末材料充填方法。   The movement of at least one of the powder material filling tool and the mold and the sieving of the powder material by vibration are performed by depositing the powder material sieved from the powder material supporting member in the cavity and the deposited powder material. The powder material filling method according to claim 4, wherein the method is performed while ensuring a gap between the powder material support member and the powder material support member. 前記キャビティー内に堆積する粉末材料の高さは、当該キャビティーにおける最も深い部分の深さの１１倍以下に調整される請求項５に記載の粉末材料充填方法。   The powder material filling method according to claim 5, wherein the height of the powder material deposited in the cavity is adjusted to 11 times or less of the depth of the deepest portion in the cavity. 前記金型のキャビティー内への粉末材料の充填は、粉末材料を金型のキャビティー内に案内する案内部を具備し、当該案内部の下端は金型のキャビティー内に充填された粉末材料を擦り切る構造に形成された粉末材料充填具で行われており、
前記粉末材料充填具および金型の少なくとも何れかの移動に伴い、当該案内部の下端で金型のキャビティー内に堆積した粉末材料を擦り切る、請求項５又は６に記載の粉末材料充填方法。 The filling of the powder material into the cavity of the mold includes a guide part for guiding the powder material into the cavity of the mold, and the lower end of the guide part is powder filled in the cavity of the mold. It is done with a powder material filler formed in a structure that scrapes the material,
The powder material filling method according to claim 5 or 6, wherein at least one of the powder material filling tool and the mold is moved, the powder material deposited in the cavity of the mold is scraped off at the lower end of the guide portion. . 粉末材料を金型のキャビティー内に充填し、これを圧縮成形することにより、薄肉で充填密度が均一な燃料電池用セパレータを製造する製造方法であって、
前記金型のキャビティー内に粉末材料を充填する方法として、請求項４〜７の何れか一項に記載の粉末材料充填方法が使用されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

A manufacturing method for manufacturing a fuel cell separator having a thin wall and a uniform packing density by filling a powder material into a cavity of a mold and compressing the powder material,
A method for producing a separator for a fuel cell, wherein the powder material filling method according to any one of claims 4 to 7 is used as a method for filling a powder material into a cavity of the mold. .

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