JP2019087386A - 燃料電池セパレータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型によりプレス成形する際に、金型に付着した異物によるコンタミを抑制することができる燃料電池セパレータの製造方法を提供する。【解決手段】下金型５１および上金型５２のプレス面６３，７３でプレス成形される燃料電池セパレータ４０の製造方法であって、下金型５１および上金型５２が、それぞれプレス面６３，７３に開口し流体を流通させる第１流路６４，７４を有するとともに、下金型５１と上金型５２との間でプレス面６３，７３に並行して流体を流通させる第２流路８１を有し、第１流路６４，７４および第２流路８１に流体を流通させるエアパージ装置５３と、第２流路８１の下流側に配置され第２流路８１内の塵を集める集塵機構５４とを備え、プレス成形後に、第１流路６４，７４に流体を流通させてプレス面の開口６５，７５から放出させ、その後に第２流路８１に流体を流通させる。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池セルを構成する燃料電池セパレータの製造方法に関する。

この種の燃料電池セパレータの製造方法として、燃料電池セパレータを有する燃料電池セルに燃料ガス流路や酸化剤ガス流路などの流路を形成するよう、金属板をプレス成形して、燃料電池セパレータに凹凸部を形成するものが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００５−３１７４７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池セパレータの製造方法においては、金属板をプレス成形した際に、金属板や金属板の表面処理部分から異物が発生することがある。発生した異物が金型に付着していると、コンタミを起こすリスクがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、金型によりプレス成形する際に、金型に付着した異物によるコンタミを抑制することができる燃料電池セパレータの製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法は、下金型および上金型のプレス面でプレス成形される燃料電池セパレータの製造方法であって、前記下金型および前記上金型が、それぞれ前記プレス面に開口し流体を流通させる第１流路を有するとともに、前記下金型と前記上金型との間で前記プレス面に並行して前記流体を流通させる第２流路を有し、前記第１流路および前記第２流路に前記流体を流通させる流通装置と、前記第２流路の下流側に配置され前記第２流路内の塵を集める集塵装置とを備え、前記プレス成形後に、前記第１流路に前記流体を流通させて前記プレス面の開口から放出させ、その後に前記第２流路に前記流体を流通させることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法においては、プレス成形を行う下金型および上金型が、それぞれプレス面に開口する第１流路と、下金型と上金型との間でプレス面に並行する第２流路とを有し、流通装置と集塵装置とを備えている。この構成により、プレス成形後に第１流路に流体が流通するとプレス面の開口から流体が放出され、下金型および上金型に付着している異物は、放出された流体により流されて下金型および上金型から取り外される。その後に、第２流路に流体が流通すると、第２流路内にある異物は、流通する流体により、集塵装置に向かって流動し、集塵装置で集められる。その結果、下金型および上金型の表面に付着する異物や下金型と上金型との間の第２流路内にある異物は除去される。

本発明によれば、金型によりプレス成形する際にコンタミを抑制することができる燃料電池セパレータの製造方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法により製造される燃料電池セパレータを有する燃料電池セルの部分断面図を示す。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法を示す工程図。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法によって作製された燃料電池セパレータの部分断面図。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法に適用する製造装置の構成図。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法に適用する製造装置の動作線図。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法における（４ａ）離型の工程を示す説明図。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法の工程を説明する説明図であり、図７（ａ）は、（１）ワークセットの工程を示し、図７（ｂ）は、（２）成形の工程を示す。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法に適用する製造装置の構成図であり、図８（ａ）は、プレス成形後に下金型および上金型に異物が付着した状態を示し、図８（ｂ）は、上金型に付着した異物の拡大断面図であり、図８（ｃ）は、ワークのカーボン膜から異物が離脱した状態を示す。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法の工程を説明する説明図であり、図９（ａ）は、（３）離型開始の工程を示し、図９（ｂ）は、（４ｂ）離型の工程を示す。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池セパレータの製造方法に適用する製造装置の図であり、図１０（ａ）は、製造装置の構成を示し、図１０（ｂ）は、製造装置の上金型および下金型のプレス面を示し、図１０（ｃ）は、分割されプレス面に垂直に形成された溝を有する分割型を示し、図１０（ｄ）は、分割されプレス面に垂直および傾斜して形成された溝を有する分割型を示す。 カーボン凝集物Ｃの打ち込み跡の発生率及びワークの不良率の関係を示すグラフである。

（第１実施形態）
発明に係る燃料電池セパレータの製造方法を適用した第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法について燃料電池セパレータ４０を有する燃料電池セル１０の製造方法を含めて図面を参照して説明する。

まず、燃料電池セパレータ４０を有する燃料電池セル１０の構成について説明する。燃料電池セル１０は、図１に示すように、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆ Gas Diffusion Layer Assembly、以下ＭＥＧＡという。）２０と、シール部材３０と、燃料電池セパレータ４０を有している。

ＭＥＧＡ２０は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡという。)２１と、アノード側ガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer、以下ＧＤＬという。）２２と、カソード側ＧＤＬ２３を有している。

ＭＥＡ２１は、図示しない電解質膜、アノード触媒層およびカソード触媒層の接合体である。電解質膜は、パーフルオロスルホン酸（ＰＦＳＡ）アイオノマーなどの固体高分子材料である高分子電解質樹脂で形成されており、イオン伝導性を有する高分子膜を電解質とするイオン交換膜からなる。電解質膜は、電子および気体の流通を阻止するとともに、プロトンをアノード触媒層からカソード触媒層に移動させる機能を有している。

アノード触媒層は、白金や白金合金などの触媒を担持した導電性の担体からなり、例えば、触媒担持カーボン粒子などのカーボン粒子を、プロトン伝導性を有するアイオノマーで被覆して形成された電極触媒層からなる。なお、アイオノマーは、電解質膜と同質のフッ素系樹脂などの固体高分子材料である高分子電解質樹脂からなり、その有するイオン交換基によりプロトン伝導性を有する。アノード触媒層は、水素ガス（Ｈ_２）をプロトンと電子に分解する機能を有している。カソード触媒層は、アノード触媒層と同様の材料で形成されているが、アノード触媒層と異なり、プロトンと電子と酸素から水を生成する機能を有している。

アノード側ＧＤＬ２２は、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーなどの炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。アノード側ＧＤＬ２２は、アノード触媒層の外側に接合されており、燃料ガスとしての水素ガスを拡散させて均一にし、アノード触媒層に行き渡らせる機能を有している。

カソード側ＧＤＬ２３は、アノード側ＧＤＬ２２と同様に、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーなどの炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。カソード側ＧＤＬ２３は、カソード触媒層の外側に接合されており、酸化剤ガスとしての空気（Ｏ_２）を拡散させて均一にし、カソード触媒層に行き渡らせる機能を有している。

シール部材３０は、合成樹脂からなり、枠状に形成され、ＭＥＧＡ２０が接合されている。シール部材３０は、燃料極の水素ガス（Ｈ_２）や空気極の酸素ガス（Ｏ_２）が、微量ながら電解質膜を通過してしまうという、いわゆるクロスリークや触媒電極同士の電気的短絡を防ぐための機能を有している。

燃料電池セパレータ４０は、アノード側セパレータ４１と、カソード側セパレータ４２とにより構成される。アノード側セパレータ４１は、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板で形成されており、後述する製造工程を経て作製される。アノード側セパレータ４１は、ＭＥＧＡ２０のアノード側ＧＤＬ２２に接合されており、アノード側ＧＤＬ２２の表面に沿って燃料ガスとしての水素を流す燃料ガス流路４１ａが形成されている。

カソード側セパレータ４２は、アノード側セパレータ４１と同様、金属板で形成されており、後述する製造工程を経て作製される。カソード側セパレータ４２は、ＭＥＧＡ２０のカソード側ＧＤＬ２３に接合されており、カソード側ＧＤＬ２３の表面に沿って酸化剤ガスとしての空気を流す酸化剤ガス流路４２ａが形成されている。

次いで、第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０を有する燃料電池セル１０の製造方法について図面を参照して説明する。なお、燃料電池セパレータ４０は、アノード側セパレータ４１およびカソード側セパレータ４２により構成されているが、アノード側セパレータ４１およびカソード側セパレータ４２は同様に構成されているので、以下、主にアノード側セパレータ４１について説明する。

第１実施形態に係る燃料電池セル１０の製造方法は、図２に示すように、チタン薄膜化の工程と、ナノカーボン処理の工程と、第１の検査の工程と、第１の洗浄の工程と、材料カットの工程と、プレスの工程と、第２の洗浄の工程と、第２の検査の工程と、ガスケット成形の工程と、セル化の工程とを含んでいる。各工程は、チタン薄膜化の工程からセル化の工程まで順に行われる。なお、第１実施形態のプレスの工程は、本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法に対応する。

チタン薄膜化の工程においては、図３に示すように、鉄鋼板、ステンレス鋼板およびアルミニウム板などの金属板からなるアノード側セパレータ４１を形成するワークＷの表面にチタン（Ｔｉ）薄膜Ｔが形成される（ステップＳ１）。チタン薄膜化により金属板の表面に不働態酸化皮膜が形成され、セパレータの耐食性が向上する。

ナノカーボン処理の工程においては、図３に示すように、チタン薄膜化の工程において形成されたチタン薄膜Ｔの表面にカーボンブラック（ＣＢ：Carbon Black）と酸化チタン（ＴｉＯ_２）の混合層からなるカーボン膜Ｆが形成される（ステップＳ２）。カーボンブラックは、直径３〜５００ｎｍ程度の炭素の微粒子で、いわゆるナノカーボンからなる。ナノカーボン処理により燃料電池セパレータ４０の導電性が確保される。

第１の検査の工程においては、チタン薄膜化の工程において形成されたチタン薄膜Ｔや、ナノカーボン処理の工程において形成されたカーボン膜Ｆにピンホールなどの異常があるか否かが検査される（ステップＳ３）。この検査により、異常が検出された場合には、ステップＳ１１に進み燃料電池セパレータ４０を構成するワークＷは不良品として廃棄される。異常が検出されなかった場合には、次の第１の洗浄の工程に進む。なお、この検査は、後述する第２の検査と同様に行われる。

第１の洗浄の工程においては、第１の検査の工程の後に燃料電池セパレータ４０の表面に付着している異物や汚れが、公知の洗浄方法により除去される（ステップＳ４）。公知の洗浄方法としては、例えば、常温または加熱された洗浄水による洗浄や、アルカリ溶液による洗浄や超音波による洗浄などの洗浄方法が挙げられる。

材料カットの工程においては、第１の洗浄の工程において洗浄がされたワークＷに対して、燃料電池セパレータ４０の形状に適合するよう材料カットが行われる（ステップＳ５）。

プレスの工程においては、製造装置５０により、材料カットの工程でカットされたワークＷに対してプレス成形がなされ、図１に示す燃料ガス流路４１ａを有する凹凸形状のアノード側セパレータ４１が形成される（ステップＳ６）。

製造装置５０は、図４（ａ）に示すように、下金型５１と、上金型５２と、エアパージ機構５３と、集塵機構５４と、モーションコントローラ５５を備えている。製造装置５０は、下金型５１および上金型５２により、ワークＷを下金型５１と上金型５２との間に挟み込んで加圧し、プレス成形する構成を有している。なお、第１実施形態のエアパージ機構５３および集塵機構５４は、それぞれ本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法における流通装置および集塵装置に対応する。

下金型５１は、床やテーブルなどの基盤に設置される固定型で、下金型本体６１と、入れ子型６２とを有する入れ子構造で構成されている。下金型本体６１は、入れ子型ポケットを有しており、入れ子型ポケットには入れ子型６２が嵌め込まれている。入れ子型６２は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、凹凸形状のプレス面６３と、プレス面６３に開口する複数の第１流路６４とを有している。プレス面６３は、入れ子型６２がワークＷと接触する面（加工点）である。複数の第１流路６４は、エアパージ機構５３に接続されており、エアパージ機構５３から送られる空気は、複数の第１流路６４を流通して複数の開口６５から放出されるように構成されている。

上金型５２は、下金型５１の上部に配置され上下方向に昇降する移動型で構成されている。上金型５２は、下金型５１と同様、上金型本体７１と、入れ子型７２とを有する入れ子構造で構成されている。上金型本体７１は、入れ子型ポケットを有しており、入れ子型ポケットには入れ子型７２が嵌め込まれている。

入れ子型７２は、入れ子型６２と同様、凹凸形状のプレス面７３と、プレス面７３に開口する複数の第１流路７４とを有している。プレス面７３は、入れ子型７２がワークＷと接触する面（加工点）である。複数の第１流路７４は、エアパージ機構５３に接続されており、エアパージ機構５３から送られる空気は、複数の第１流路７４を流通して複数の開口７５から放出されるように構成されている。上金型５２は、モーションコントローラ５５に電気的に接続されており、モーションコントローラ５５により昇降動作がコントロールされるようになっている。

製造装置５０には、入れ子型６２のプレス面６３と入れ子型７２のプレス面７３との間で、プレス面６３およびプレス面７３に並行して空気が流通する第２流路８１が形成されている。第２流路８１には、エアパージ機構５３から空気が送風されて流通されるようになっている。

エアパージ機構５３は、図示しない送風機を有しており、第１流路６４，７４に空気を送風して開口６５，７５から放出させて、入れ子型６２のプレス面６３および入れ子型７２のプレス面７３に付着したカーボン凝集物Ｃなどの異物を、空気で吹き飛ばして除去する構成を有している。また、エアパージ機構５３は、第２流路８１に空気を送風して流通させ、第２流路８１内の異物を集塵機構５４に向けて流して除去する構成を有している。このエアパージ機構５３は、モーションコントローラ５５に電気的に接続されており、モーションコントローラ５５により、送風がコントロールされる。

集塵機構５４は、所定の吸引力（ＭＰａ）および集塵容量（Ｌ）を備えており、第２流路８１内の異物を吸引して集める構成を有している。集塵機構５４は、モーションコントローラ５５に電気的に接続されており、モーションコントローラ５５により、吸引がコントロールされるようになっている。

モーションコントローラ５５は、エアパージ機構５３の送風タイミング、集塵機構５４の集塵タイミングおよび上金型５２の昇降およびプレスのタイミングを統括してコントロールするように構成されている。モーションコントローラ５５は、各構成要素の動作のタイミングをモーション制御するモーションプログラムを備えている。また、モーションコントローラ５５は、図示しないワークＷの搬送機構やワークＷのセッティング機構と電気的に接続され、それぞれワークＷの搬送やセッティングをコントロールするように構成されている。

プレスの工程においては、図５に示すように、（４ａ）離型の工程、（１）ワークセットの工程、（２）成形の工程、（３）離型開始の工程、（４ｂ）離型の工程が順に行われる。図５に示す動作線図は、上金型５２の各工程における昇降動作を示しており、縦軸に上金型５２のストローク（ｍｍ）、横軸に経過時間（秒）が表されている。なお、モーターの回転運動をクランクで上下の往復運動に変えてプレス成形を行うクランク式の製造装置の場合は、横軸にクランクアングル（Crank Angle）（ｄｅｇ）を表すようにしてもよく、この場合も図５に示す動作線図と同様の動作線図で表される。

（４ａ）離型の工程においては、図６に示すように、ワークＷが下金型５１および上金型５２の間にセッティングされていない状態で、エアパージ機構５３から第２流路８１に空気が送風され、第２流路８１内の異物が流され、その流された異物が集塵機構５４により吸引され集められる（機内エアパージＯＮ）。これにより、第２流路８１内の異物が除去される。

なお、（４ａ）離型の工程において、図示しないが、エアパージ機構５３から第１流路６４，７４および第２流路８１に空気を送風し、入れ子型６２のプレス面６３および入れ子型７２のプレス面７３に付着した異物を吹き飛ばして除去するとともに、第２流路８１内の異物を空気で流して除去するようにしてもよい。（４ａ）離型の工程においては、図５に示すように、上金型５２のストローク（ｍｍ）が少しずつ減少し上金型５２が下金型５１に近づく。

（１）ワークセットの工程においては、搬送機構により搬送されたワークＷがセッティング機構により下金型５１および上金型５２の間にセッティングされる。このとき、図７（ａ）に示すように、エアパージ機構５３から第１流路６４，７４に空気が送風され、複数の開口６５，７５から放出される（型内エアパージＯＮ）。

この空気の送風は、ワークＷが振動して悪影響が及ばないよう弱めに行われる。これにより、ワークＷに付着した異物や入れ子型６２のプレス面６３および入れ子型７２のプレス面７３に付着した異物が吹き飛ばされて除去される。ワークセットの工程においては、図５に示すように、ワークＷがセッティングされるとともに、上金型５２がストローク（ｍｍ）が少しずつ減少し上金型５２が下金型５１により近づく。

（２）成形の工程においては、図７（ｂ）に示すように、上金型５２がワークＷに当接し、図５に示す上金型５２のストロークがほぼ０になり、エアパージ機構５３から第１流路６４，７４への空気の送風が停止される（型内エアパージＯＦＦ）。同時に上金型５２が加圧され下金型５１と協働してワークＷのプレス成形が行われる。

ワークＷに対してプレス成形が行われると、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、成形されたアノード側セパレータ４１のカーボン膜Ｆに亀裂Ｋが発生し易く、亀裂Ｋから離脱し集まって塊となるカーボン凝集物Ｃが発生し易い。この亀裂Ｋは、ワークＷがプレス成形されてアノード側セパレータ４１が完成する際に、金属板の伸び率（％）に対してカーボン膜Ｆの伸び率（％）が小さいので、カーボン膜Ｆに発生し易い。

このカーボン凝集物Ｃが、下金型５１や上金型５２に付着したまま、プレス成形が行われると、コンタミを起こし、打ち込み不良が発生してしまう。打ち込み不良を回避するためには、下金型５１や上金型５２に付着したカーボン凝集物Ｃを、下金型５１や上金型５２から除去する必要がある。

（３）離型開始の工程においては、図５に示すように、プレス成形の終了とともに上金型５２が上昇し下金型５１からの離型が開始し、ストロークが徐々に増大する。また、図９（ａ）に示すように、離型開始と同時にエアパージ機構５３から第１流路６４，７４に空気が送風され、複数の開口６５，７５から放出され（型内エアパージＯＮ）、亀裂Ｋから離脱したカーボン凝集物Ｃなどの異物の入れ子型６２のプレス面６３および入れ子型７２のプレス面７３への付着が防止される。また、プレス面６３，７３に付着した異物が除去される。

（４ｂ）離型の工程においては、図５に示すように、ストロークが徐々に増大して上金型５２がさらに上昇し下金型５１から最も離型した状態になる。また、図９（ｂ）に示すように、エアパージ機構５３から第２流路８１に空気が送風され、第２流路８１内のカーボン凝集物Ｃが集塵機構５４に向かって流されて集塵機構５４により吸引され集められる（機内エアパージＯＮ）。これにより、第２流路８１内のカーボン凝集物Ｃが除去されるとともに、プレス面６３，７３へのカーボン凝集物Ｃの再付着が防止される。

なお、プレスの工程においては、エアパージ機構５３からの空気の送風がコントロールされた場合について説明した。しかしながら、プレスの工程においては、図５に示す上金型５２の動作の全体、すなわち、（４ａ）離型の工程から（１）ワークセットの工程、（２）成形の工程、（３）離型開始の工程、（４ｂ）離型の工程まで全工程の間に、常時、エアパージ機構５３から第１流路６４，７４および第２流路８１に連続して送風するようにしてもよい。

第２の洗浄の工程においては、材料カットの工程およびプレスの工程の後にアノード側セパレータ４１の表面に付着している異物や汚れが、第１の洗浄の工程と同様の公知の洗浄方法により除去される（ステップＳ７）。

第２の検査の工程においては、図示しない検査装置により、アノード側セパレータ４１にピンホールが有るか否かが検査される（ステップＳ８）。第２の検査の工程においては、例えば、投光部からアノード側セパレータ４１に向けて光が照射され、ピンホールを透過した光の量が受光部で測定されて電気信号に変換され出力された信号に基づいてピンホールの有無を検査する光透過による検査方法で行われる。この検査により、ピンホールが検出された場合には、ステップＳ１１に進みアノード側セパレータ４１は不良品として廃棄される。ピンホールが検出されなかった場合には、次のガスケット成形の工程に進む。

ガスケット成形の工程においては、ガスケットからなる図１に示すシール部材３０が、ＭＥＧＡ２０および燃料電池セパレータ４０に組み込まれるよう、公知の製造装置により成形される（ステップＳ９）。

セル化の工程においては、図１に示すように、第２の検査の工程において、ピンホールが検出されなかったアノード側セパレータ４１およびカソード側セパレータ４２と、他の工程で作製されたＭＥＧＡ２０と、ガスケット成形の工程において成形されたシール部材３０との一体化、即ちセル化が行われ、燃料電池セパレータ４０が完成する（ステップＳ１０）。

以上のように構成された第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法の効果について説明する。

第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法においては、プレスの工程（ステップＳ６）において、製造装置５０によってプレス成形がなされる。製造装置５０は、下金型５１および上金型５２が、それぞれプレス面６３，７３に開口する第１流路６４、７４と、下金型５１と上金型５２との間でプレス面６３，７３に並行する第２流路８１とを有し、エアパージ装置５３と集塵機構５４とを備えている。

この構成により、プレス成形後に第１流路６４，７４にエアパージ装置５３から空気が送風されるとプレス面６３，７３の開口から空気が放出され、放出された空気により下金型５１および上金型５２に付着しているカーボン凝集物Ｃが除去されるという効果が得られる。

その後に、第２流路８１にエアパージ装置５３から空気が送風されると、第２流路８１内にあるカーボン凝集物Ｃは、流通する空気により、集塵機構５４に向かって流動し、集塵機構５４で吸引され集められる。その結果、下金型５１および上金型５２のプレス面６３，７３に付着するカーボン凝集物Ｃや第２流路８１内にあるカーボン凝集物Ｃは除去される。

従来、カーボン凝集物Ｃが下金型５１および上金型５２やワークＷに付着し、そのままプレス成形してしまうと、コンタミを起こすリスクがあり、プレス成形における打ち込み不良が発生してしまうという問題があった。この問題を回避するには、下金型５１および上金型５２に付着しているカーボン凝集物Ｃを拭き取る清掃作業を高頻度で行う必要があり、生産性が低下してしまうという問題があった。

図１１は、カーボン凝集物Ｃの打ち込み跡の発生率及びワークの不良率の関係を示すグラフである。図１１に示す例では、金型に付着しているカーボン凝集物Ｃを最初に拭き取ってからセパレータの生産を開始し、生産数が６００枚目に至るまで一度も拭き取ることなく生産した結果を示している。

図１１に示すように、ワークの表面におけるカーボン凝集物Ｃの打ち込み跡の発生率が約５０枚目から上昇し、６００枚目では９５％（凹み定量深さ１０μｍ以下を満たさない凹み）に到達している。そして、凹み有りのワークの発生率（打ち込み不良発生率）が約２８％、さらに凹み大きさ規格を満たさないＮＧの発生率が３％となっている。したがって、高頻度で拭き取り清掃する必要があることが分かる。

これに対し、第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法においては、流体によりカーボン凝集物Ｃが除去され、コンタミを抑制することができるので、従来の打ち込み不良の問題が解消されるという効果が得られる。その結果、燃料電池セパレータ４０の不良率を低減でき、生産性が向上するという効果が得られる。

（第２実施形態）
第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法においては、製造装置５０を構成する下金型５１の入れ子型６１および上金型５２の入れ子型７２からなる金型を単一構造の金型で構成した場合について説明した。しかしながら、本発明に係る燃料電池セパレータの製造方法においては、製造装置を構成する下金型の入れ子型および上金型の入れ子型からなる金型を単一構造以外の他の構造で構成するようにしてもよい。

例えば、第２実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法において、製造装置を構成する金型を分割構造で構成するようにしてもよい。以下、分割構造の金型の構成について図面を参照して説明する。

第２実施形態における製造装置５０Ａを構成する金型以外の構成要素は、第１実施形態の製造装置５０と同様に構成されている。したがって、製造装置５０と同一の構成要素は、製造装置５０と同一の符号を付し、主に異なる構成要素について説明する。なお、第２実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法は、第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法と同様に行われる。

第２実施形態における製造装置５０Ａは、図１０（ａ）に示すように、下金型５１Ａと、上金型５２Ａと、エアパージ機構５３と、集塵機構５４と、モーションコントローラ５５とにより構成されている。

下金型５１Ａは、第１実施形態の下金型５１と同様、固定型で、下金型本体６１Ａと、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように複数のブロックに分割された入れ子型６２Ａとを有する入れ子構造で構成されている。下金型本体６１Ａは、入れ子型ポケットを有しており、入れ子型ポケットには複数の入れ子型６２Ａが嵌め込まれている。下金型本体６１Ａには、図１０（ａ）に示すように、複数の第１流路６４Ａが形成されており、複数の第１流路６４Ａが、エアパージ機構５３に接続されており、エアパージ機構５３から送られる空気が複数の第１流路６４Ａ内を流通されるようになっている。

図１０（ｃ）に示すように、分割された各入れ子型６２Ａは、凹凸形状のプレス面６３Ａと、各側面６６Ａでプレス面６３Ａに対して垂直に交わる方向で形成され、プレス面６３Ａで開口する複数の垂直溝からなる第１流路６７Ａとを有している。複数の第１流路６７Ａは、下金型本体６１Ａに形成された複数の第１流路６４Ａとそれぞれ連通しており、エアパージ機構５３から送られる空気が複数の第１流路６４Ａ内を流通し、さらに複数の第１流路６７Ａを流通して、図１０（ｃ）の矢印で示すように、プレス面６３Ａの開口６５Ａから放出されるようになっている。

上金型５２Ａは、上下方向に昇降する移動型で構成されている。上金型５２Ａは、下金型５１Ａと同様、上金型本体７１Ａと、複数のブロックに分割された入れ子型７２Ａとを有する入れ子構造で構成されている。上金型本体７１Ａは、入れ子型ポケットを有しており、入れ子型ポケットには分割された複数の入れ子型７２Ａが嵌め込まれている。上金型本体７１Ａには、図１０（ａ）に示すように、複数の第１流路７４Ａが形成されており、複数の第１流路７４Ａは、エアパージ機構５３に接続されており、エアパージ機構５３から送られる空気が複数の第１流路７４Ａ内を流通するようになっている。

図１０（ｃ）の括弧内の符号で示すように、分割された各入れ子型７２Ａは、分割された各入れ子型６２Ａと同様、凹凸形状のプレス面７３Ａと、各側面７６Ａでプレス面７３Ａに対して垂直に交わる方向で形成され、プレス面７３Ａで開口する複数の垂直溝からなる第１流路７７Ａとを有している。複数の第１流路７７Ａは、上金型本体７１Ａに形成された複数の第１流路７４Ａとそれぞれ連通しており、エアパージ機構５３から送られる空気が複数の第１流路７４Ａ内を流通し、さらに複数の第１流路７７Ａを流通して、図１０（ｃ）の矢印で示すように、プレス面７３Ａの開口７５Ａから放出されるようになっている。

製造装置５０Ａには、図１０（ａ）に示すように、入れ子型６２Ａのプレス面６３Ａと入れ子型７２Ａのプレス面７３Ａとの間で、プレス面６３Ａおよびプレス面７３Ａに並行して空気が流通する第２流路８１Ａが形成されている。第２流路８１Ａには、エアパージ機構５３から空気が送風されて流通するようになっている。

なお、分割された入れ子型６２Ａは、各側面６６Ａに形成された複数の垂直溝からなる第１流路６４Ａと異なる他の構造を有するものであってもよい。例えば、図１０（ｄ）に示すように、プレス面６３Ａに垂直に交わる方向で形成され開口６５Ａを有する垂直溝と、プレス面６３Ａに対して傾斜して交わる方向で形成され、開口６５Ａを有する傾斜溝とからなる第１流路６８Ａを有するものであってもよい。また、分割された入れ子型７２Ａも、第１流路６８Ａと同様の第１流路を有するものであってもよい。

以上のように構成された第２実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法についても、第２実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法と同様の効果が得られる。

本第２実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法においては、プレスの工程（ステップＳ６）において、製造装置５０Ａによってプレス成形がなされる。製造装置５０Ａは、下金型５１Ａおよび上金型５２Ａが、それぞれプレス面６３Ａ，７３Ａに開口する第１流路６４Ａ，７４Ａと、下金型５１Ａと上金型５２Ａとの間でプレス面６３Ａ，７３Ａに並行する第２流路８１Ａとを有し、エアパージ装置５３と集塵機構５４とを備えている。この構成により、プレス成形後に第１流路６４Ａ，７４Ａにエアパージ装置５３から空気が送風されるとプレス面６３Ａ，７３Ａの開口６５Ａ，７５Ａから空気が放出され、放出された空気により下金型５１Ａおよび上金型５２Ａに付着しているカーボン凝集物Ｃが除去されるという効果が得られる。

その後に、第２流路８１Ａにエアパージ装置５３から空気が送風されると、第２流路８１Ａ内にあるカーボン凝集物Ｃは、流通する空気により、集塵機構５４に向かって流動し、集塵機構５４で吸引され集められる。その結果、下金型５１Ａおよび上金型５２Ａのプレス面６３Ａ，７３Ａに付着するカーボン凝集物Ｃや第２流路８１Ａ内にあるカーボン凝集物Ｃは除去され、カーボン凝集物ＣがワークＷへ混入することがないという効果が得られる。

また、第２実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法は、第１実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法と同様、従来、カーボン凝集物Ｃが下金型５１Ａおよび上金型５２ＡやワークＷに付着し、そのままプレス成形してしまうと、コンタミを起こすリスクがあり、プレス成形における打ち込み不良が発生してしまうという問題があった。この問題を回避するには、下金型５１Ａおよび上金型５２Ａに付着しているカーボン凝集物Ｃを拭き取る清掃作業を高頻度で行う必要となり、生産性が低下してしまうという問題があった。これに対し、第２実施形態に係る燃料電池セパレータ４０の製造方法においては、流体によりカーボン凝集物Ｃが除去され、コンタミを抑制することができるので、従来の打ち込み不良の問題が解消されるという効果が得られる。その結果、燃料電池セパレータ４０の不良率を低減でき、生産性が向上するという効果が得られる。

以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について詳述したが、本発明は、前記の第１実施形態および第２実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１０・・・燃料電池セル、２０・・・ＭＥＧＡ、２１・・・ＭＥＡ、２２・・・アノード側ＧＤＬ、２３・・・カソード側ＧＤＬ、３０・・・シール部材、４０・・・燃料電池セパレータ、４１・・・アノード側セパレータ（燃料電池セパレータ）、４１ａ・・・燃料ガス流路、４２・・・カソード側セパレータ（燃料電池セパレータ）、４２ａ・・・酸化剤ガス流路、５０，５０Ａ・・・製造装置、５１，５１Ａ・・・下金型、５２，５２Ａ・・・上金型、５３・・・エアパージ機構（流通装置）、５４・・・集塵機構（集塵装置）、５５・・・モーションコントローラ、６１，６１Ａ・・・下金型本体、６２，６２Ａ，７２，７２Ａ・・・入れ子型、６３，６３Ａ，７３，７３Ａ・・・プレス面、６４，６４Ａ，６７Ａ，６８Ａ，７４，７４Ａ，７７Ａ・・・第１流路、６５，６５Ａ，７５，７５Ａ・・・開口、６６Ａ，７６Ａ・・・側面、７１，７１Ａ・・・上金型本体、８１，８１Ａ・・・第２流路、Ｃ・・・カーボン凝集物（塵）、Ｗ・・・ワーク

Claims (1)

1. 下金型および上金型のプレス面でプレス成形される燃料電池セパレータの製造方法であって、
   前記下金型および前記上金型が、それぞれ前記プレス面に開口し流体を流通させる第１流路を有するとともに、前記下金型と前記上金型との間で前記プレス面に並行して前記流体を流通させる第２流路を有し、
   前記第１流路および前記第２流路に前記流体を流通させる流通装置と、前記第２流路の下流側に配置され前記第２流路内の塵を集める集塵装置とを備え、
   前記プレス成形後に、前記第１流路に前記流体を流通させて前記プレス面の開口から放出させ、その後に前記第２流路に前記流体を流通させることを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。

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