JP2019091535A - 燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱硬化性樹脂のシール部を有する燃料電池用セパレータの生産性を、従来よりも向上させることが可能な燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。【解決手段】基材に未硬化の熱硬化性樹脂を配置する配置工程Ｓ１１１と、基材に配置された未硬化の熱硬化性樹脂を予備硬化させる予備硬化工程Ｓ１１２と、複数の基材を集積させた状態で予備硬化された熱硬化性樹脂を本硬化させて複数の基材にシール部を一括して形成する本硬化工程Ｓ１１３と、を有する燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法に関する。

従来から燃料電池用セパレータに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された発明は、部品点数の増加を抑え、低コストで製造を簡単にしてコア面が直接腐食雰囲気に触れることがない燃料電池用セパレータを提供することを課題としている。この課題を解決するために、特許文献１は、次の構成を備える燃料電池用複合金属材を開示している。

特許文献１に記載された燃料電池用複合金属材は、金属からなるコアの表面が、耐食性を有する金属からなる被覆層で覆われており、これらコアと被覆層を貫通する貫通孔が形成されている。さらに、この燃料電池用複合金属材は、上記貫通孔のコア内周面に、上記貫通孔の被覆層内周面よりも凹んだ凹部が形成されている。

さらに、特許文献１は、上記凹部に、上記コアの溶出を防止する樹脂などの溶出防止材を充填することを開示している。また、特許文献１は、上記構成を備えた燃料電池用複合金属材の効果として、燃料電池用セパレータを始めとした燃料電池用金属複合材加工品の寿命が向上し、コア素材の選択の幅が広がることを開示している。

特開２００９−０７６３０３号公報

前記従来の燃料電池用複合金属材は、上記溶出防止材の一例として、エポキシ樹脂を主剤とし、ポリアミドアミンを硬化剤とした２成分タイプの接着剤を開示している。このような接着剤は、硬化させるのに長時間を要する。また、複数の燃料電池セルを積層させた燃料電池スタックには、数百枚のセパレータが用いられるため、セパレータごとに接着剤を硬化させていると膨大な時間を要し、燃料電池用セパレータの生産性が低下する。

そのため、未硬化の接着剤が配置された複数のセパレータを集積させ、複数のセパレータに配置された未硬化の接着剤を一括して硬化させることが考えられる。しかし、未硬化の接着剤は、流動性を有しているため、セパレータの搬送中に形状が乱れたり、想定外の位置で接着剤が硬化したりするおそれがある。

本発明の一態様は、熱硬化性樹脂のシール部を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、基材に未硬化の熱硬化性樹脂を配置する配置工程と、前記基材に配置された未硬化の前記熱硬化性樹脂を予備硬化させる予備硬化工程と、複数の前記基材を集積させた状態で予備硬化された前記熱硬化性樹脂を本硬化させて複数の前記基材に前記シール部を一括して形成する本硬化工程と、を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。

前述の配置工程は、燃料電池用セパレータの基材において、熱硬化性樹脂のシール部が設けられる部分に、未硬化の熱硬化性樹脂を配置する工程である。燃料電池用セパレータのシール部は、たとえば、基材に設けられた貫通孔の内周面や、基材の表面の一部に設けられる。すなわち、配置工程において、未硬化の熱硬化性樹脂は、基材の一部に配置される。

燃料電池用セパレータの基材に設けられた貫通孔は、たとえば、複数の燃料電池セルを積層させて燃料電池スタックを構成したときに、反応ガスや冷媒の供給または排出を行うためのマニホールドを構成する。また、燃料電用セパレータの基材の表面は、たとえば、燃料電池セルを積層させて燃料電池スタックを構成したときに、燃料電池セルの間に形成される冷媒流路を構成する。

燃料電池用セパレータの基材に設けられた貫通孔の内周面に配置されるシール部は、たとえば、基材の貫通孔の内周面が反応ガスや冷媒に接触しないように、基材の貫通孔の内周面を被覆する。燃料電池用セパレータの基材の表面に配置されるシール部は、たとえば、燃料電池セルを積層させて燃料電池スタックを構成したときに、互いに対向する燃料電池セルの間に形成される冷媒流路をシールして、冷媒の漏れを防止する。

前述のように、予備硬化工程は、基材に配置された未硬化の熱硬化性樹脂を予備硬化させる工程である。ここで、予備硬化とは、未硬化の熱硬化性樹脂が予備加熱されて完全には硬化しておらず、熱硬化性樹脂が完全に架橋する前の半架橋状態であることを意味する。予備硬化工程によって、基材に配置された未硬化の熱硬化性樹脂が予備硬化されることで、熱硬化性樹脂が流動することが防止され、基材に未硬化の熱硬化性樹脂が配置されている状態と比較して、基材の搬送などのハンドリングを容易にすることができる。

前述のように、本硬化工程は、予備硬化工程を経た複数の基材を集積させた状態で、基材上の予備硬化された熱硬化性樹脂を本硬化させ、複数の基材にシール部を一括して形成する工程である。このように、複数の基材を集積させた状態で、複数の基材にシール部を一括して形成することで、基材ごとに熱硬化性樹脂を本硬化させる場合と比較して、燃料電池用セパレータの生産性を著しく向上させることができる。また、予備硬化工程で熱硬化性樹脂が予備硬化されることで、熱硬化性樹脂が流動することが防止され、燃料電池用セパレータに形成される熱硬化性樹脂のシール部の形状や位置を安定させることができる。

前記した配置工程は、前記基材の表面に未硬化の前記熱硬化性樹脂を塗工する塗工工程と、前記基材を成形型に配置し、前記塗工工程で前記基材の前記表面に塗布された未硬化の前記熱硬化性樹脂を前記成形型によって加圧して流動させ、前記基材に設けられた貫通孔に流し込むことによって、前記貫通孔の内周面に未硬化の前記熱硬化性樹脂を配置する加圧工程と、を有してもよい。この場合、燃料電池用セパレータの製造工程において、既存の工程である熱プレス工程の途中で配置工程を完了させることができ、工数を削減して、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。

また、前記した配置工程において、成形型に配置された前記基材に未硬化の前記熱硬化性樹脂を射出成形によって配置し、前記予備硬化工程において、前記成形型を加熱して前記配置工程において前記基材に配置された未硬化の前記熱硬化性樹脂を予備硬化させてもよい。この場合、成形型を使用して、配置工程と予備硬化工程を行うことができ、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。

また、前記した本硬化工程の前に、前記配置工程と前記予備硬化工程を複数回繰り返してもよい。これにより、燃料電池用セパレータが複数の異なる位置にシール部を有する場合に、シール部の位置に応じて適切な配置工程と予備硬化工程を適用して、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。

より具体的には、燃料電池用セパレータの製造方法は、たとえば、基材加工工程と、絶縁部塗工工程と、導電部塗工工程と、熱プレス工程と、射出成形工程と、熱処理工程と、を有することができる。

基材加工工程は、基材の材料である母材を、切断、トリミング、および洗浄し、燃料電池用セパレータの基材に加工する工程である。絶縁部塗工工程は、基材の表面の周縁部に電気絶縁性を有する未硬化の熱硬化性樹脂を、たとえばスクリーン印刷によって枠状に塗工する工程である。導電部塗工工程は、基材の表面の周縁部に枠状に塗工された熱硬化性樹脂の内側で、基材の表面の中央部に、カーボン等の導電性材料が含有されて導電性が付与された未硬化の熱硬化性樹脂を、たとえばスロットダイ方式によって塗工する工程である。

熱プレス工程は、絶縁部塗工工程および導電部塗工工程を経た基材を成形型に配置してプレスし、燃料電池セルにおいて反応ガスの流路を構成する燃料電池用セパレータの凹凸形状または波形形状を基材に付与する工程である。この熱プレス工程において、基材の表面の周縁部に塗工された未硬化の熱硬化性樹脂を加圧して流動させ、未硬化の熱硬化性樹脂を基材に設けられた貫通孔に流入させ、貫通孔の内周面に配置する。さらに、この熱プレス工程において、成形型を加熱して未硬化の熱硬化性樹脂を予備硬化させる。

射出成形工程は、熱プレス工程後に、成形型に配置された基材の表面の一部に未硬化の熱硬化性樹脂を射出成形によって配置し、さらに成形型を加熱して基材に配置された未硬化の熱硬化性樹脂を予備硬化させる工程である。熱処理工程は、射出成形工程後に、基材を成形型から取り出し、複数の基材を集積させた状態で加熱し、予備硬化された前記熱硬化性樹脂を本硬化させて複数の前記基材に前記シール部を一括して形成する工程である。

このように、燃料電池用セパレータの製造方法が、基材加工工程と、絶縁部塗工工程と、導電部塗工工程と、熱プレス工程と、射出成形工程と、熱処理工程とを有する場合、絶縁部塗工工程と熱プレス工程におけるプレスが、前述の配置工程に相当する。より詳細には、絶縁部塗工工程が、前述の配置工程の塗工工程に相当し、熱プレス工程におけるプレスが、前述の配置工程の加圧工程に相当し、熱プレス工程における加熱が、前述の予備硬化工程に相当する。また、射出成形工程が前述の二回目の配置工程および予備硬化工程に相当し、熱処理工程が前述の本硬化工程に相当する。

本発明の一態様によれば、燃料電池用セパレータに形成される熱硬化性樹脂のシール部の形状や位置を乱すことなく、従来よりも燃料電池用セパレータの生産性を向上させることが可能な燃料電池用セパレータの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法のフロー図。 本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法のフロー図。 図１Ｂに示す基材加工工程の模式図。 図２Ａに示す基材加工工程によって加工された基材の模式的な平面図。 図１Ｂに示す絶縁部塗工工程の模式図。 図３Ａに示す絶縁部塗工工程によって加工された基材の模式的な平面図。 図３Ｂに示すiiiｃ−iiiｃ線に沿う拡大断面図。 図１Ｂに示す導電部塗工工程の模式図。 図４Ａに示す導電部塗工工程によって加工された基材の模式的な平面図。 図４Ｂに示すivｃ−ivｃ線に沿う拡大断面図。 図１Ｂに示す熱プレス工程の模式図。 図５Ａに示す熱プレス工程によって加工された基材の模式的な平面図。 基材のプレス時の図５Ｂに示すvｃ−vｃ線に沿う拡大断面図。 基材の加熱時の図５Ｂに示すvｄ−vｄ線に沿う拡大断面図。 図１Ｂに示す射出成形工程の模式図。 図６Ａに示す射出成形工程によって加工された基材の模式的な平面図。 射出成形工程における基材の図６Ｂに示すviｃ−viｃ線に沿う拡大断面図。 図１Ｂに示す熱処理工程の模式図。

以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の一実施形態を説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００のフロー図である。

本実施形態の製造方法Ｓ１００によって製造される燃料電池用セパレータは、燃料電池セルを構成する板状の部材である。燃料電池セルを構成するセパレータは、膜電極ガス拡散層接合体（Membrane-Electrode-Gas Diffusion Layer Assembly：ＭＥＧＡ）を挟むようにＭＥＧＡの両側に配置され、ＭＥＧＡの一方の面と他方の面に沿う反応ガスの流路を形成する。また、複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックにおいて、積層方向に隣り合う燃料電池セルのセパレータは、冷媒の流路を形成する。

詳細については後述するが、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、熱硬化性樹脂２，４のシール部１１，１２（図６Ｃを参照）を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、図１Ａに示すように、配置工程Ｓ１１１と、予備硬化工程Ｓ１１２と、本硬化工程Ｓ１１３と、を有することを特徴とする。配置工程Ｓ１１１は、基材１に未硬化の熱硬化性樹脂２を配置する工程である（図３Ａから図３Ｃおよび図６Ａを参照）。予備硬化工程Ｓ１１２は、基材１に配置された未硬化の熱硬化性樹脂２を予備硬化させる工程である（図５Ｄおよび図６Ｃを参照）。本硬化工程Ｓ１１３は、複数の基材１を集積させた状態で予備硬化された熱硬化性樹脂２を本硬化させて、複数の基材１にシール部１１を一括して形成する工程である（図７を参照）。

また、図１Ａに示す例において、燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、本硬化工程Ｓ１１３の前に、配置工程Ｓ１１１と予備硬化工程Ｓ１１２を二回にわたって繰り返している。一回目の配置工程Ｓ１１１は、塗工工程Ｓ１１１ａと加圧工程Ｓ１１１ｂを有している。塗工工程Ｓ１１１ａは、基材１の表面に未硬化の熱硬化性樹脂２を塗工する工程である（図３Ａを参照）。加圧工程Ｓ１１１ｂは、基材１を成形型Ｄ２に配置し、塗工工程Ｓ１１１ａで基材１の表面に塗布された未硬化の熱硬化性樹脂２を成形型Ｄ２によって加圧して流動させ、基材１に設けられた貫通孔１ａに流し込むことによって、貫通孔１ａの内周面に未硬化の熱硬化性樹脂２を配置する工程である（図５Ｃを参照）。

また、図１Ａに示す例において、燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、二回目の配置工程Ｓ１１１において、成形型Ｄ２に配置された基材１に未硬化の熱硬化性樹脂４を射出成形によって配置し（図６Ａを参照）、二回目の予備硬化工程Ｓ１１２において、成形型Ｄ２を加熱して、二回目の配置工程Ｓ１１１で基材１に配置された未硬化の熱硬化性樹脂４を予備硬化させる（図６Ｃを参照）。なお、本硬化工程Ｓ１１３の前に、配置工程Ｓ１１１と予備硬化工程Ｓ１１２を繰り返す回数は、二回に限定されず、三回以上の複数回であってもよい。

より具体的には、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、たとえば、図１Ｂに示すように、基材加工工程Ｓ１２１と、絶縁部塗工工程Ｓ１２２と、導電部塗工工程Ｓ１２３と、熱プレス工程Ｓ１２４と、射出成形工程Ｓ１２５と、熱処理工程Ｓ１２６と、を有している。

図２Ａは、図１Ｂに示す基材加工工程Ｓ１２１の模式図である。図２Ｂは、図２Ａに示す基材加工工程Ｓ１２１によって加工された基材１の模式的な平面図である。基材加工工程Ｓ１２１は、燃料電池用セパレータの基材１の材料である母材ＢＭを、切断、トリミング、および洗浄し、燃料電池用セパレータの基材１に加工する工程である。

母材ＢＭとしては、たとえば、ステンレス鋼の薄板のコイルを用いることができる。ステンレス鋼としては、たとえば、耐食性および成形性に優れたＳＵＳ３１６Ｌを用いることができる。コイルから引き出された帯板状の母材ＢＭは、たとえば、パンチＰ１とダイＤ１によってプレス打抜き加工されることで、おおむね長方形の輪郭形状を有し、周縁部に複数の貫通孔１ａが設けられた基材１に加工される。

基材１に設けられた貫通孔１ａは、たとえば、複数の燃料電池セルを積層させて燃料電池スタックを構成したときに、反応ガスや冷媒の供給または排出を行うためのマニホールドを構成する。基材１の一方の表面は、たとえば、燃料電池セルを積層させて燃料電池スタックを構成したときに、燃料電池セルの間に形成される冷媒流路を構成する。母材ＢＭから打抜き加工された基材１は、洗浄および乾燥を経て、絶縁部塗工工程Ｓ１２２に搬送される。

図３Ａは、図１Ｂに示す絶縁部塗工工程Ｓ１２２の模式図である。図３Ｂは、図３Ａに示す絶縁部塗工工程Ｓ１２２によって加工された基材１の模式的な平面図である。図３Ｃは、図３Ｂに示すiiiｃ−iiiｃ線に沿う基材１の拡大断面図である。絶縁部塗工工程Ｓ１２２は、基材１の表面の周縁部に電気絶縁性を有する未硬化の熱硬化性樹脂２を、たとえばスクリーン印刷によって枠状に塗工する工程である。

より具体的には、絶縁部塗工工程Ｓ１２２では、基材１の中央部のＭＥＧＡが配置される領域を除き、基材１の表面の周縁部に、スクリーン印刷によって未硬化の熱硬化性樹脂２を塗工する。このとき、未硬化の熱硬化性樹脂２は、基材１の周縁部の貫通孔１ａの内周面には配置されない。熱硬化性樹脂２としては、たとえば、約１８０℃の温度による約１分の加熱時間によって完全に硬化する一液性エポキシ樹脂を用いることができる。周縁部に電気絶縁性を有する未硬化の熱硬化性樹脂２が塗工された基材１は、導電部塗工工程Ｓ１２３に搬送される。

図４Ａは、図１Ｂに示す導電部塗工工程Ｓ１２３の模式図である。図４Ｂは、図４Ａに示す導電部塗工工程Ｓ１２３によって加工された基材１の模式的な平面図である。図４Ｃは、図４Ｂに示すivｃ−ivｃ線に沿う基材１の拡大断面図である。導電部塗工工程Ｓ１２３は、基材１の表面の周縁部に枠状に塗工された熱硬化性樹脂２の内側で、基材１の表面の中央部に、カーボン等の導電性材料が含有されて導電性が付与された未硬化の熱硬化性樹脂３を、たとえばスロットダイ方式によって塗工する工程である。

より具体的には、導電部塗工工程Ｓ１２３では、ダイヘッドＤＨから未硬化の熱硬化性樹脂３を押し出しながら基材１に塗工する。塗工された未硬化の熱硬化性樹脂３の厚さはダイヘッドＤＨからの吐出量と、ダイヘッドＤＨと基材１の相対速度によって決定される。ダイヘッドＤＨの吐出口の寸法は未硬化の熱硬化性樹脂３の粘度や目標の塗工厚に応じて決定される。

導電性が付与された未硬化の熱硬化性樹脂３としては、たとえば、絶縁部塗工工程Ｓ１２２で用いた未硬化の熱硬化性樹脂２と同様の一液性のエポキシ樹脂を３０［ｗｔ％］、カーボンブラックを５０［ｗｔ％］、溶剤を２０［ｗｔ％］の割合で混合したスラリーを用いることができる。表面の周縁部に電気絶縁性を有する未硬化の熱硬化性樹脂２が塗工され、その内側の中央部に導電性を有する未硬化の熱硬化性樹脂３が塗工された基材１は、熱プレス工程Ｓ１２４に搬送される。

図５Ａは、図１Ｂに示す熱プレス工程Ｓ１２４の模式図である。図５Ｂは、図５Ａに示す熱プレス工程Ｓ１２４によって加工された基材１の模式的な平面図である。図５Ｃは、図５Ａに示す熱プレス工程Ｓ１２４におけるプレス時の基材１の図５Ｂに示すvｃ−vｃ線に沿う拡大断面図である。図５Ｄは、図５Ａに示す熱プレス工程Ｓ１２４における加熱時の基材１の図５Ｂに示すvｄ−vｄ線に沿う拡大断面図である。

熱プレス工程Ｓ１２４は、絶縁部塗工工程Ｓ１２２および導電部塗工工程Ｓ１２３を経た基材１を成形型Ｄ２に配置してプレスし、燃料電池セルにおいて反応ガスの流路を構成する燃料電池用セパレータの凹凸または波形の形状１ｂを基材１に付与する工程である。このプレス工程では、基材１に凹凸または波形の形状１ｂを付与するのと同時に、図５Ｃに示すように、成形型Ｄ２によって基材１をプレスして基材１の表面の周縁部に塗工された未硬化の熱硬化性樹脂２を加圧して流動させる。これにより、未硬化の熱硬化性樹脂２を基材１に設けられた貫通孔１ａに流入させ、貫通孔１ａの内周面に配置する。

さらに、この熱プレス工程Ｓ１２４では、基材１に設けられた貫通孔１ａの内周面に配置された未硬化の熱硬化性樹脂２を、図５Ｄに示すように、成形型Ｄ２を加熱して予備硬化させる。なお、熱プレス工程Ｓ１２４において、プレスと加熱は同時に行ってもよいし、プレスと加熱との間に時間差を設けてもよい。前述のように、未硬化の熱硬化性樹脂２に、約１８０℃の温度による約１分の加熱時間によって完全に硬化する一液性エポキシ樹脂を用いる場合、たとえば成形型Ｄ２による加熱温度を約１８０℃とし、加熱時間を約１０秒程度として、未硬化の熱硬化性樹脂２の予備硬化を行うことができる。

ここで、予備硬化とは、未硬化の熱硬化性樹脂２が予備加熱されて完全には硬化しておらず、熱硬化性樹脂２が完全に架橋する前の半架橋状態であることを意味する。熱プレス工程Ｓ１２４によって予備硬化された熱硬化性樹脂２を備えた基材１は、たとえば、ロータリー式の成形型Ｄ２を回転させて未硬化の熱硬化性樹脂３を射出する射出機Ｉに隣接して配置することで、射出成形工程Ｓ１２５に搬送される（図６Ａを参照）。

図６Ａは、図１Ｂに示す射出成形工程Ｓ１２５の模式図である。図６Ｂは、図６Ａに示す射出成形工程Ｓ１２５によって加工された基材１の模式的な平面図である。図６Ｃは、図６Ａに示す射出成形工程Ｓ１２５における基材１の図６Ｂに示すviｃ−viｃ線に沿う拡大断面図である。射出成形工程Ｓ１２５は、熱プレス工程Ｓ１２４後に、成形型Ｄ２に配置された基材１の表面の一部に未硬化の熱硬化性樹脂４を射出成形によって配置し、さらに成形型Ｄ２を加熱して基材１に配置された未硬化の熱硬化性樹脂４を予備硬化させる工程である。

より具体的には、成形型Ｄ２は、たとえば一部分が分割された入れ子型の構成を備え、熱プレス工程Ｓ１２４後に、成形型Ｄ２の入れ子型を組み替えることで、基材１の表面に熱硬化性樹脂４を射出成形可能な構成になる。射出成形工程Ｓ１２５では、この成形型Ｄ２によって、基材１の表面に未硬化の熱硬化性樹脂４を射出成形して配置し、その後、たとえば成形型Ｄ２による加熱温度を約１８０℃とし、加熱時間を約１０秒程度として、未硬化の熱硬化性樹脂４の予備硬化を行う。

射出成形工程Ｓ１２５において、基材１の表面に予備硬化された熱硬化性樹脂２を介して配置される未硬化の熱硬化性樹脂４としては、たとえば、架橋時間が６０秒程度のエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）を用いることができる。射出成形工程Ｓ１２５によって予備硬化された熱硬化性樹脂４を備えた基材１は、成形型Ｄ２から取り出される脱型を経て、熱処理工程Ｓ１２６に搬送される。

図７は、図１Ｂに示す熱処理工程Ｓ１２６の模式図である。熱処理工程Ｓ１２６は、射出成形工程Ｓ１２５後に、基材１を成形型Ｄ２から取り出し、複数の基材１を集積させた状態で加熱し、予備硬化された熱硬化性樹脂２，４を本硬化させて複数の基材１にシール部１１，１２（図６Ｃを参照）を一括して形成する工程である。

より具体的には、射出成形工程Ｓ１２５を経た複数の基材１をトレーに配置して連続炉Ｈに収容し、たとえば、約１５０℃の加熱温度で、約５０秒の加熱時間にわたって熱処理を行い、前の工程で予備硬化させた熱硬化性樹脂２，３，４を、熱架橋および熱硬化させて本硬化させる。連続炉Ｈには、たとえば、３００枚以上の基材１を収容可能である。以上の工程により、少なくとも基材１の表面と貫通孔１ａの内周面に熱硬化性樹脂２，４のシール部１１，１２を有する燃料電池用セパレータを製造することができる。

ここで、絶縁部塗工工程Ｓ１２２と熱プレス工程Ｓ１２４におけるプレスが、前述の配置工程Ｓ１１１に相当する。また、熱プレス工程Ｓ１２４における加熱が、前述の予備硬化工程Ｓ１１２に相当する。また、射出成形工程Ｓ１２５における射出成形が、前述の配置工程Ｓ１１１に相当し、射出成形工程Ｓ１２５における加熱が、前述の予備硬化工程Ｓ１１２に相当する。また、熱処理工程Ｓ１２６が、前述の本硬化工程Ｓ１１３に相当する。

すなわち、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、熱硬化性樹脂のシール部１１，１２を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、基材１に未硬化の熱硬化性樹脂２，４を配置する配置工程Ｓ１１１と、基材１に配置された未硬化の熱硬化性樹脂２，４を予備硬化させる予備硬化工程Ｓ１１２と、複数の基材１を集積させた状態で予備硬化された熱硬化性樹脂２，４を本硬化させて複数の基材１にシール部１１，１２を一括して形成する本硬化工程Ｓ１１３と、を有している。

以下、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００の作用について説明する。

燃料電池用セパレータのシール部１１，１２は、前述のように、たとえば、基材１に設けられた貫通孔１ａの内周面や、たとえば貫通孔１ａの周囲などの基材１の表面の一部に設けられる。基材１に設けられた貫通孔１ａの内周面に設けられたシール部１１は、たとえば、基材１の貫通孔１ａの内周面が反応ガスや冷媒に接触しないように、基材１の貫通孔１ａの内周面を被覆する。基材１の一方の表面に配置されるシール部１２は、たとえば、燃料電池セルを積層させて燃料電池スタックを構成したときに、互いに対向する燃料電池セルの間に形成される冷媒流路をシールして、冷媒の漏れを防止する。

本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、前述のように、熱硬化性樹脂２，４のシール部１１，１２を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、基材１に未硬化の熱硬化性樹脂２，４を配置する配置工程Ｓ１１１と、基材１に配置された未硬化の熱硬化性樹脂２，４を予備硬化させる予備硬化工程Ｓ１１２とを有している。このように、予備硬化工程Ｓ１１２によって、基材１に配置された未硬化の熱硬化性樹脂２，４が予備硬化されることで、基材１に未硬化の熱硬化性樹脂２，４が配置されている状態と比較して、基材１の搬送などのハンドリングを容易にすることができる。

また、予備硬化工程Ｓ１１２では、熱硬化性樹脂２，４を完全に硬化させる必要がないため、成形型Ｄ２を高サイクルで使用することができ、燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００の生産性を向上させることができる。さらに、配置工程Ｓ１１１と予備硬化工程Ｓ１１２において同一の成形型Ｄ２を使用することで、昇降温の工程を集約でき、燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００の生産性を向上させることができる。

さらに、前述の熱処理工程Ｓ１２６に相当する本硬化工程Ｓ１１３は、予備硬化工程Ｓ１１２を経た複数の基材１を集積させた状態で、基材１上の予備硬化された熱硬化性樹脂２，４を本硬化させ、複数の基材１にシール部１１，１２を一括して形成する工程である。このように、複数の基材１を集積させた状態で、複数の基材１にシール部１１，１２を一括して形成することで、基材１ごとに熱硬化性樹脂２，４を本硬化させる場合と比較して、燃料電池用セパレータの生産性を著しく向上させることができる。また、予備硬化工程Ｓ１１２で熱硬化性樹脂２，４が予備硬化されることで、熱硬化性樹脂２，４が流動することが防止され、燃料電池用セパレータに形成される熱硬化性樹脂２，４のシール部１１，１２の形状や位置を安定させることができる。

また、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００において、配置工程Ｓ１１１は、前述の絶縁部塗工工程Ｓ１２２に相当する塗工工程Ｓ１１１ａと、前述の熱プレス工程Ｓ１２４におけるプレスに相当する加圧工程Ｓ１１１ｂと、を有している。塗工工程Ｓ１１１ａは、基材１の表面に未硬化の熱硬化性樹脂２を塗工する工程である。また、加圧工程Ｓ１１１ｂは、基材１を成形型Ｄ２に配置し、塗工工程Ｓ１１１ａで基材１の表面に塗布された未硬化の熱硬化性樹脂２を成形型Ｄ２によって加圧して流動させ、基材１に設けられた貫通孔１ａに流し込むことによって、貫通孔１ａの内周面に未硬化の熱硬化性樹脂２を配置する工程である。この場合、燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００において、既存の工程である熱プレス工程Ｓ１２４の途中で配置工程Ｓ１１１を完了させることができ、工数を削減して、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。

また、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、前記した二回目の配置工程Ｓ１１１において、成形型Ｄ２に配置された基材１に未硬化の熱硬化性樹脂４を射出成形によって配置し、二回目の予備硬化工程Ｓ１１２において、成形型Ｄ２を加熱して、二回目の配置工程Ｓ１１１において基材１に配置された未硬化の熱硬化性樹脂４を予備硬化させている。これにより、成形型Ｄ２を使用して、配置工程Ｓ１１１と予備硬化工程Ｓ１１２を行うことができ、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。

また、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００は、前記した本硬化工程Ｓ１１３の前に、配置工程Ｓ１１１と予備硬化工程Ｓ１１２を複数回繰り返している。これにより、燃料電池用セパレータが複数の異なる位置にシール部１１，１２を有する場合に、シール部１１，１２の位置に応じて適切な配置工程Ｓ１１１と予備硬化工程Ｓ１１２を適用して、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の上記一実施形態によれば、燃料電池用セパレータに形成される熱硬化性樹脂２，４のシール部１１，１２の形状や位置を乱すことなく、従来よりも生産性を向上させることが可能な燃料電池用セパレータの製造方法Ｓ１００を提供することができる。

なお、熱硬化性樹脂２，３，４の熱硬化温度および熱架橋温度は、たとえば、１００℃以上かつ２００℃以下で、同等な材料を用いることが好ましい。これにより、本硬化工程Ｓ１１３において、熱硬化性樹脂２，３，４の架橋を一括して行うことが可能になる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１ 基材
１ａ 貫通孔
２ 熱硬化性樹脂
４ 熱硬化性樹脂
１１ シール部
１２ シール部
Ｄ２ 成形型
Ｓ１００ 燃料電池用セパレータの製造方法
Ｓ１１１ 配置工程
Ｓ１１１ａ 塗工工程
Ｓ１１１ｂ 加圧工程
Ｓ１１２ 予備硬化工程
Ｓ１１３ 本硬化工程

Claims (4)

1. 熱硬化性樹脂のシール部を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
   基材に未硬化の熱硬化性樹脂を配置する配置工程と、
   前記基材に配置された未硬化の前記熱硬化性樹脂を予備硬化させる予備硬化工程と、
   複数の前記基材を集積させた状態で予備硬化された前記熱硬化性樹脂を本硬化させて複数の前記基材に前記シール部を一括して形成する本硬化工程と、を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
2. 前記配置工程は、
   前記基材の表面に未硬化の前記熱硬化性樹脂を塗工する塗工工程と、
   前記基材を成形型に配置し、前記塗工工程で前記基材の前記表面に塗布された未硬化の前記熱硬化性樹脂を前記成形型によって加圧して流動させ、前記基材に設けられた貫通孔に流し込むことによって、前記貫通孔の内周面に未硬化の前記熱硬化性樹脂を配置する加圧工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
3. 前記配置工程において、成形型に配置された前記基材に未硬化の前記熱硬化性樹脂を射出成形によって配置し、
   前記予備硬化工程において、前記成形型を加熱して前記配置工程において前記基材に配置された未硬化の前記熱硬化性樹脂を予備硬化させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
4. 前記本硬化工程の前に、前記配置工程と前記予備硬化工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

Images