JP2020126757A - 燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化が可能で成形時の不具合を抑制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】流体の流路を画定する流路部と、その流路部の周縁部で流体を封止するシール部と、を有するセパレータを成形する燃料電池用セパレータの製造方法Ｍ。製造方法Ｍは、導電性粒子を含有する未硬化の熱硬化性樹脂に線材を埋設する埋設工程Ｓ１と、線材が埋設された熱硬化性樹脂を金型の内部で硬化させてセパレータを成形する成形工程Ｓ４と、を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、燃料電池用セパレータの製造方法に関する。

従来から金属板のプレス成形方法に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この従来のプレス成形方法は、燃料電池用のセパレータのプレス成形において生じる問題を解決することを課題としている。具体的には、一次成形用の金型の凸条部がＲ形状（曲面状の頂部を有する形状）となっているので、一次成形後の素材板の凸部の頂面が曲面になってしまうこと、その曲面状の頂面を二次成形で平面に戻すのが困難であることを課題としている（同文献、第０００２段落−第０００４段落等を参照）。

上記課題を解決するために、上記従来の金属板のプレス成形方法は、第１プレス工程と、第２プレス工程と、を備えている（同文献、請求項１等を参照）。第１プレス工程では、仮成形用の第１仮成形型と第２仮成形型とを用いて金属板をプレス成形することによって、筋状に延びる凹凸を有する仮成形された金属板を得る。第２プレス工程では、本成形用の第１本成形型と第２本成形型とを用いて、前記仮成形された金属板を更にプレス成形する。

この従来の金属板のプレス成形方法によれば、仮成形としての第１プレス工程において第１仮成形型の第１凸部の平面状の頂部が金属板に接触して金属板を押圧する。そのため、金型の凸条部をＲ形状とする場合に比べて、仮成形後の金属板の凸部の頂面（凸面）を平坦にすることができる。また、本成形としての第２プレス工程において金属板が第２本成形型の第２凹部の平面状の底部と接触する。そのため、本成形後の金属板の凸部の頂面も平坦にすることができる（同文献、第０００６段落−第０００７段落等を参照）。

特開２０１８−０９４５７９号公報

燃料電池用セパレータは、さらなる軽量化が要求されている。そのため、燃料電池用セパレータの素材として樹脂を用いることが検討されている。燃料電池用セパレータを構成する樹脂として、たとえば熱硬化性樹脂を用いる場合、未硬化の熱硬化性樹脂の形状を安定させる芯材が必要となる。このような芯材としては、上記従来のプレス成形方法において用いられる金属板と比較して大幅に薄い、金属箔などのシート材が考えられる。

しかしながら、上記のような薄いシート材を芯材とする未硬化の熱硬化性樹脂を金型内で硬化させて成形すると、金型内で熱硬化性樹脂の流動が妨げられ、しわ、割れ、局所的な肉厚の減少などの不具合が生じるおそれがある。

本開示は、軽量化が可能で成形時の不具合を抑制可能な燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。

本開示の一態様は、流体の流路を画定する流路部と、該流路部の周縁部で前記流体を封止するシール部と、を有するセパレータを成形する燃料電池用セパレータの製造方法であって、導電性粒子を含有する未硬化の熱硬化性樹脂に線材を埋設する埋設工程と、前記線材が埋設された前記熱硬化性樹脂を金型の内部で硬化させて前記セパレータを成形する成形工程と、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。

上記態様の燃料電池用セパレータの製造方法は、前記埋設工程において、網状に編んだ前記線材を前記熱硬化性樹脂に埋設してもよい。

上記態様の燃料電池用セパレータの製造方法は、前記埋設工程の後、前記成形工程の前に、前記熱硬化性樹脂を予備硬化させる予備硬化工程と、前記線材が埋設されて予備硬化された前記熱硬化性樹脂を前記金型へ搬送する搬送工程と、を有してもよい。

上記態様の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記導電性粒子は、カーボン粒子であり、前記埋設工程において、前記流路部に対応する領域に配置される前記熱硬化性樹脂に含まれる前記カーボン粒子の体積比を６５％以上かつ７５％以下としてもよい。

上記態様の燃料電池用セパレータの製造方法は、前記埋設工程において、前記シール部に対応する領域に配置される前記熱硬化性樹脂に含まれる前記カーボン粒子の体積比を２０％以下としてもよい。

本開示によれば、軽量化が可能で成形時の不具合を抑制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。

燃料電池セルの構成の一例を示す平面図。 図１に示す燃料電池セルを積層させた燃料電池スタックの要部の拡大断面図。 本開示の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３に示す埋設工程の終了後の未硬化の熱硬化性樹脂の平面図。 図４に示す未硬化の熱硬化性樹脂のV‐V線に沿う拡大断面図。 図３に示す搬送工程の終了後の熱硬化性樹脂と金型の状態を示す概略図。

以下、図面を参照して本開示に係る燃料電池用セパレータの製造方法の実施形態を説明する。以下では、まず、燃料電池用セパレータを備えた燃料電池セルおよび燃料電池スタックの構成の一例を説明し、その後、本開示に係る燃料電池用セパレータの製造方法の実施形態を説明する

図１は、燃料電池セル（以下、「セル１」と略称する。）の平面図である。図２は、図１に示すセル１を積層させて構成した燃料電池スタック（以下、「スタック１０」と略称する。）の要部の拡大断面図である。セル１は、たとえば、空気などの酸化剤ガスと水素などの燃料ガスとの電気化学反応により起電力を発生する固体高分子型燃料電池である。セル１は、膜‐電極‐ガス拡散層接合体（以下、「ＭＥＧＡ２」と略称する。）と、ＭＥＧＡ２を区画するように、ＭＥＧＡ２に接触するセパレータ３とを備えている。

ＭＥＧＡ２は、電気化学反応により起電力を発生するセル１の発電部である。ＭＥＧＡ２は、一対のセパレータ３，３により挟持されている。ＭＥＧＡ２は、膜‐電極接合体（以下、「ＭＥＡ４」と略称する。）と、このＭＥＡ４の両面に配置されたガス拡散層７，７とを一体化させた構成を有している。

ＭＥＡ４は、電解質膜５と、その電解質膜５を挟むように接合された一対の電極６，６とを有している。電解質膜５は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜によって構成されている。なお、セル１がガス拡散層７を有しない場合には、ＭＥＡ４がセル１の発電部となる。

電極６は、たとえば、白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材によって構成される。電解質膜５の一方側に配置された電極６がアノードとなり、他方側の電極６がカソードとなる。スタック１０において隣り合う二つのセル１は、アノードとなる電極６とカソードとなる電極６とを向き合わせて配置されている。

ガス拡散層７は、例えばカーボンペーパ若しくはカーボンクロス等のカーボン多孔質体、または、金属メッシュもしくは発泡金属等の金属多孔質体などのガス透過性を有する導電性部材によって構成される。

セパレータ３は、導電性を有する樹脂製の板状の部材であり、後述する燃料電池用セパレータの製造方法Ｍ（図３参照）によって製造される。セパレータ３は、導電性粒子３４を含有する熱硬化性樹脂３ａに線材３３が埋設された構成を有している（図４、図５を参照）。導電性粒子３４としては、たとえば、カーボン粒子を用いることができる。線材３３としては、たとえば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やチタンなどの金属線材、レーヨンなどの樹脂線材、またはグラスファイバーなどの無機線材を用いることができる。熱硬化性樹脂３ａとしては、たとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いることができる。

セパレータ３は、図１および図２に示すように、流体の流路２１，２２，２３を画定する流路部３１と、その流路部３１の周縁部で流体を封止するシール部３２と、を有している。なお、図１では、セル１の表面側の流路２１，２３を示し、セル１の背面側の流路２２，２３の図示を省略している。

セパレータ３の流路部３１は、たとえば、図２に示す横断面が波形または凹凸形状を有し、発電部を縦断するように、図１に示すセル１の長手方向に延びる複数の筋状の流路２１，２２，２３を形成している。各セル１の一対のセパレータ３，３は、流路部３１において、ＭＥＧＡ２に対向する内側の面がガス拡散層７に接し、ＭＥＧＡ２と反対の外側の面が隣接する他のセル１のセパレータ３の外側の面に接している。

これにより、各セル１の一対のセパレータ３，３のうち、アノード側のセパレータ３は、ＭＥＧＡ２との間に燃料ガスの流路２１を画定し、カソード側のセパレータ３は、ＭＥＧＡ２との間に酸化剤ガスの流路２２を画定している。また、隣り合う二つのセル１のうち、一方のセル１のアノード側のセパレータ３の外側の面は、他方のセル１のカソード側のセパレータ３の外側の面に接している。これにより、隣り合う二つのセル１の間に、冷媒の流路２３が画定されている。

より詳細には、各セパレータ３の形状は、波形の頂部がほぼ平坦な等脚台形状の波形であり、この頂部の両端に等角度の角部を有する角張った形状である。つまり、各セパレータ３は、ＭＥＧＡ２に対向する内側から見てもＭＥＧＡ２と反対の外側から見ても、ほぼ同じ形状である。各セル１の一対のセパレータ３，３のうち、アノード側のセパレータ３の波形の頂部は、ＭＥＧＡ２のアノード側のガス拡散層７に面接触し、カソード側のセパレータ３の波形の頂部は、ＭＥＧＡ２のカソード側のガス拡散層７に面接触している。

セパレータ３のシール部３２は、図１に示すように、各セル１の一対のセパレータ３，３の流路部３１の周縁部を封止して、一対のセパレータ３，３の内側に形成される流路２１，２２を流れるガスの漏れを防止している。より具体的には、シール部３２は、たとえば、一対のセパレータ３，３が密着した部分であり、一対のセパレータ３，３の間に流体を封止するシール部材を備えている。

また、シール部３２には、一対のセパレータ３，３の間のアノード側の流路２１に連通するマニホールド孔２１ａ，２１ｂと、一対のセパレータ３，３の間のカソード側の流路２２に連通するマニホールド孔２２ａ，２２ｂと、が設けられている。さらに、シール部３２には、一対のセパレータ３，３の外側の流路２３に対する冷媒の供給と排出のためのマニホールド孔２３ａ，２３ｂが設けられている。

このような構成により、各セル１は、ＭＥＧＡ２のアノード側の流路２１に燃料ガスが供給され、ＭＥＧＡ２のカソード側の流路２２に酸化剤ガスが供給されると、ＭＥＧＡ２で電気化学反応が生じて起電力が生じる。スタック１０は、複数のセル１に生じた起電力を、積層された複数のセル１の両端で取り出して外部へ供給する。スタック１０において、各セル１は、発電により熱が生じるが、隣り合うセル１，１の間の流路２３を流れる冷却水などの冷媒によって冷却される。

次に、図３を参照して、本開示に係る燃料電池用セパレータの製造方法の実施形態を説明する。図３は、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍの工程の一例を示すフロー図である。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Ｍの主な特徴は、次のとおりである。

本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、たとえば図１および図２に示すように、流体の流路２１，２２，２３を画定する流路部３１と、その流路部３１の周縁部で流体を封止するシール部３２とを有するセパレータ３を成形する方法である。この燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、導電性粒子３４を含有する未硬化の熱硬化性樹脂３ａに線材３３（図４、図５参照）を埋設する埋設工程Ｓ１と、その線材３３が埋設された熱硬化性樹脂３ａを金型Ｄ（図６）の内部で硬化させてセパレータ３を成形する成形工程Ｓ４と、を有する。以下、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍについて、詳細に説明する。

図３に示す例において、燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、前述の埋設工程Ｓ１および成形工程Ｓ４に加えて、予備硬化工程（仮硬化工程）Ｓ２および搬送工程Ｓ３を含んでいる。

図４は、埋設工程Ｓ１によって線材３３が埋設された未硬化の熱硬化性樹脂３ａの平面図である。図５は、図４に示す未硬化の熱硬化性樹脂３ａのV‐V線に沿う拡大断面図である。埋設工程Ｓ１は、前述のように、導電性粒子３４を含有する未硬化の熱硬化性樹脂３ａに線材３３を埋設する工程である。具体的には、埋設工程Ｓ１は、たとえば、第１塗布工程と、第２塗布工程と、線材配置工程と、第３塗布工程と、第４塗布工程とを含んでいる。

第１塗布工程は、たとえば、図１に示すセパレータ３のシール部３２を形成するための未硬化の熱硬化性樹脂３２ａを支持基材の上に塗布する工程である。具体的には、まず、導電性粒子３４を混練したスラリー状の未硬化の熱硬化性樹脂３２ａを用意する。前述のように、導電性粒子３４としては、たとえば、カーボン粒子を用いることができ、熱硬化性樹脂３２ａとしては、たとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いることができる。なお、埋設工程Ｓ１において、図１に示すセパレータ３のシール部３２に対応する領域に配置される熱硬化性樹脂３２ａに含まれるカーボン粒子の体積比は、２０％以下とすることが好ましい。

次に、導電性粒子３４を含有する未硬化の熱硬化性樹脂３２ａを、たとえば、ダイコーターなどの適宜の塗布装置によって支持基材上に塗布する。このとき、未硬化の熱硬化性樹脂３２ａは、図１に示すシール部３２の形状に対応する矩形枠状の形状に塗布される。以上により、第１塗布工程が終了する。

第１塗布工程の終了後、第２塗布工程を実施する。第２塗布工程は、図１に示すセパレータ３の流路部３１を形成するための未硬化の熱硬化性樹脂３１ａを支持基材の上に塗布する工程である。具体的には、まず、導電性粒子３４を混練したスラリー状の未硬化の熱硬化性樹脂３１ａを用意する。前述のように、導電性粒子３４としては、たとえば、カーボン粒子を用いることができ、熱硬化性樹脂３１ａとしては、たとえば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いることができる。なお、埋設工程Ｓ１において、図１に示すセパレータ３の流路部３１に対応する領域に配置される熱硬化性樹脂３１ａに含まれるカーボン粒子の体積比は、６５％以上かつ７５％以下とすることが好ましい。

次に、導電性粒子３４を含有する未硬化の熱硬化性樹脂３１ａを、たとえば、ダイコーターなどの適宜の塗布装置によって支持基材上に塗布する。このとき、熱硬化性樹脂３１ａは、第１塗布工程で塗布された矩形枠状の熱硬化性樹脂３２ａの内側で、図１に示す流路部３１に対応する領域に塗布される。以上により、第２塗布工程が終了する。

なお、本実施形態では、埋設工程Ｓ１において、第１塗布工程と第２塗布工程とを遂次的に実施する方法について説明した。しかし、別の実施形態では、埋設工程Ｓ１において、第２塗布工程の後に第１塗布工程を実施してもよく、第１塗布工程と第２塗布工程を同時に実施してもよい。

第１塗布工程と第２塗布工程の終了後は、線材配置工程を実施する。線材配置工程は、第１塗布工程および第２塗布工程で塗布された熱硬化性樹脂３１ａ，３２ａの上に、セパレータ３の芯材となる線材３３を配置する工程である。線材としては、前述のように、たとえば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やチタンなどの金属線材、レーヨンなどの樹脂線材、またはグラスファイバーなどの無機線材を用いることができる。

図４に示す熱硬化性樹脂３ａにおいて、複数の線材３３は、熱硬化性樹脂３ａの長手方向の一端から他端まで延びる複数の平行な線材３３と、熱硬化性樹脂３ａの短手方向の一端から他端まで延びる複数の平行な線材３３とを含んでいる。すなわち、図４に示す例にでは、埋設工程Ｓ１の線材配置工程において、熱硬化性樹脂３１ａ，３２ａの上に複数の線材３３を網状に編んだ状態で配置することで、複数の線材３３を熱硬化性樹脂３ａに埋設している。この場合、線材３３の材質は、たとえば金属線材であり、線材３３の直径は、たとえば約５０μｍ程度であり、線材３３のピッチは、たとえば約２ｍｍ〜約３ｍｍ程度である。

なお、埋設工程Ｓ１において熱硬化性樹脂３ａに埋設する線材の材質、径、ピッチ、および配置は、所定の条件で熱硬化性樹脂３ａの形状を維持することができれば、特に限定されない。たとえば、熱硬化性樹脂３ａに長手方向の一端から他端まで延びる複数の平行な線材３３のみを埋設してもよいし、短手方向の一端から他端まで延びる複数の平行な線材３３のみを埋設してもよい。いずれの場合にも、第１塗布工程および第２塗布工程で塗布された熱硬化性樹脂３１ａ，３２ａの上に線材３３を配置し終えたら、線材配置工程が終了する。

線材配置工程の終了後は、第３塗布工程と第４塗布工程を実施する。第３塗布工程は、第１塗布工程で塗布されて線材配置工程で線材３３が配置された熱硬化性樹脂３２ａの上に、熱硬化性樹脂３２ａを塗布する工程である。第４塗布工程は、第２塗布工程で塗布されて線材配置工程で線材３３が配置された熱硬化性樹脂３１ａの上に、熱硬化性樹脂３１ａを塗布する工程である。第３塗布工程および第４塗布工程は、前述の第１塗布工程および第２塗布工程と同様に実施することができる。以上により、図４および図５に示すように、熱硬化性樹脂３１ａと熱硬化性樹脂３２ａからなり、線材３３が埋設された熱硬化性樹脂３ａが得られ、埋設工程Ｓ１が終了する。

予備硬化工程Ｓ２は、埋設工程Ｓ１の後、成形工程Ｓ４の前に、熱硬化性樹脂３ａを予備硬化させる工程である。具体的には、たとえば、図４および図５に示す熱硬化性樹脂３ａを予備加熱炉内でガラス転移点を下回る温度で加熱して、熱硬化性樹脂３ａを、完全には硬化させず、形状を安定させることが可能な程度まで半硬化させる工程である。なお、埋設工程Ｓ１の終了後に熱硬化性樹脂３ａを搬送する必要がない場合や、予備硬化をさせなくても熱硬化性樹脂３ａの形状が安定している場合には、予備硬化工程Ｓ２を省略することも可能である。

図６は、搬送工程Ｓ３の終了後の熱硬化性樹脂３ａと金型Ｄの状態を示す概略図である。搬送工程Ｓ３は、埋設工程Ｓ１の後、成形工程Ｓ４の前に、線材３３が埋設されて予備硬化された熱硬化性樹脂３ａを金型Ｄへ搬送する工程である。具体的には、線材３３が埋設されて予備硬化された熱硬化性樹脂３ａを、適宜の搬送装置によって搬送して、金型Ｄの所定の位置に配置する。

金型Ｄは、たとえば、上型Ｄ１と下型Ｄ２とリフターＤ３とを備えている。上型Ｄ１と下型Ｄ２は、たとえば、上下方向に相対移動可能に対向して配置され、前述のセパレータ３の流路部３１とシール部３２を成形するためのキャビティを形成する。リフターＤ３は、たとえば、熱硬化性樹脂３ａの周縁部を支持する矩形枠状の支持面を有し、下型Ｄ２の周囲に配置され、上下方向に移動可能に設けられている。搬送工程Ｓ３において、熱硬化性樹脂３ａは、たとえば、リフターＤ３の支持面に配置される。なお、リフターＤ３の構成は一例であり、任意の構成のリフターを採用することができる。

搬送工程Ｓ３において、熱硬化性樹脂３ａが搬送される金型Ｄの上型Ｄ１および下型Ｄ２の温度は、熱硬化性樹脂３ａを加熱して硬化させることが可能な、たとえば、約１８０℃程度に昇温されている。これにより、リフターＤ３の温度は、たとえば、約１５０℃程度に昇温している。また、搬送工程Ｓ３において、熱硬化性樹脂３ａを支持するリフターＤ３の支持面は、下型Ｄ２のキャビティを形成する面よりも上方に配置されている。搬送工程Ｓ３において、下型Ｄ２のキャビティを形成する面から、熱硬化性樹脂３ａが配置されるリフターＤ３の支持面までの高さＨは、たとえば約５ｍｍから約１０ｍｍ程度である。

成形工程Ｓ４は、たとえば、成形／硬化工程と、プレス抜き工程とを含む。成形／硬化工程は、前述のように、線材３３が埋設された熱硬化性樹脂３ａを金型Ｄの内部で硬化させてセパレータ３を成形する工程である。具体的には、図６に示すように、搬送工程Ｓ３の終了後に、熱硬化性樹脂３ａは、リフターＤ３の支持面に配置され、下型Ｄ２のキャビティを形成する面の上方に支持されている。

この状態で、下型Ｄ２と上型Ｄ１とを接近させて型閉じすることで下型Ｄ２と上型Ｄ１との間のキャビティに熱硬化性樹脂３ａを収容する。このとき、リフターＤ３の支持面を、下型Ｄ２のキャビティを形成する面の高さまで下げる。そして、下型Ｄ２と上型Ｄ１とを型締めして熱硬化性樹脂３ａを成形するとともに、上型Ｄ１と下型Ｄ２の熱によって熱硬化性樹脂３ａを加熱して硬化させる。以上により、成形／硬化工程が終了する。

プレス抜き工程は、成形／硬化工程後に上型Ｄ１と下型Ｄ２を開き、リフターＤ３を上昇させて下型Ｄ２から取り出した熱硬化性樹脂３ａの一部を、ダイとパンチによって切断してセパレータ３を成形する工程である。具体的には、プレス抜き工程において、硬化後の熱硬化性樹脂３ａの周縁部を切断してシール部３２を成形するともに、シール部３２にマニホールド孔２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂを開口させる。以上により、プレス抜き工程が終了して成形工程Ｓ４が終了し、図１および図２に示すセパレータ３を成形することができる。

以下、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍの作用を説明する。

本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、前述のように、流体の流路２１，２２，２３を画定する流路部３１と、その流路部３１の周縁部で流体を封止するシール部３２とを有するセパレータ３を成形する方法である。この燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、導電性粒子３４を含有する未硬化の熱硬化性樹脂３ａに線材３３を埋設する埋設工程Ｓ１と、その線材３３が埋設された熱硬化性樹脂３ａを金型Ｄの内部で硬化させてセパレータ３を成形する成形工程Ｓ４と、を有している。

これにより、上型Ｄ１と下型Ｄ２との型閉じの前に、リフターＤ３の上に配置された熱硬化性樹脂３ａがリフターＤ３からの伝熱や下型Ｄ２の輻射熱で軟化しても、熱硬化性樹脂３ａに埋設された線材３３が芯材として機能する。そのため、線材３３により熱硬化性樹脂３ａの形状を維持し、型閉じ前の熱硬化性樹脂３ａの垂れ下がりや、型閉じ前の熱硬化性樹脂３ａの下型Ｄ２への接触を防止することができる。したがって、熱硬化性樹脂３ａを下型Ｄ２に対して所定の位置に正確に配置することができ、しわ、割れ、局所的な肉厚の減少などの不具合を抑制しつつ、金属と比較して軽量な熱硬化性樹脂３ａを主体とするセパレータ３を得ることができる。

また、前述のように、埋設工程Ｓ１では、熱硬化性樹脂３ａに埋設する芯材として、線材３３を用いている。これにより、成形工程Ｓ４において、上型Ｄ１と下型Ｄ２とを型締めして熱硬化性樹脂３ａを成形して硬化させるときに、たとえば金属箔などのシート材を芯材として用いる場合と比較して、熱硬化性樹脂３ａが流動可能な範囲が拡大する。したがって、セパレータ３に、しわ、割れ、局所的な肉厚の減少などの不具合が発生するのを抑制しつつ、金属と比較して軽量な熱硬化性樹脂３ａを主体とするセパレータ３を得ることができる。

また、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、埋設工程Ｓ１において、網状に編んだ線材３３を熱硬化性樹脂３ａに埋設する。

これにより、熱硬化性樹脂３ａの芯材としての線材３３の剛性を向上させることができる。そのため、たとえば線材３３を一方向に平行に並べるだけの場合と比較して、金型Ｄに配置された未硬化のシート状の熱硬化性樹脂３ａの形状を維持する効果が向上する。したがって、熱硬化性樹脂３ａをリフターＤ３の上に配置したときに、金型Ｄの熱で熱硬化性樹脂３ａが軟化しても、熱硬化性樹脂３ａの垂れ下がりをより効果的に防止して、熱硬化性樹脂３ａが下型Ｄ２に接触するのを、より確実に防止することができる。

また、熱硬化性樹脂３ａを凸状に成形する場合、網状の線材３３は、網目が粗くなるように塑性変形して、熱硬化性樹脂３ａ内の最適な位置に留まる。また、熱硬化性樹脂３ａを凹状に成形する場合、網状の線材３３は、網目が密になるように塑性変形して熱硬化性樹脂３ａ内の最適な位置に留まる。このように、網状の線材３３が自在に変形することで、金属箔などのシート状の芯材とは異なり、金型Ｄ内で網状の線材３３にしわが形成されることが防止される。また、このように線材３３が伸縮することで、線材３３が熱硬化性樹脂３ａの表面に露出せず、熱硬化性樹脂３ａに埋設された状態で、熱硬化性樹脂３ａが硬化する。

したがって、セパレータ３に、しわ、割れ、局所的な肉厚の減少などの不具合が発生するのを抑制しつつ、金属と比較して軽量な熱硬化性樹脂３ａを主体とするセパレータ３を得ることができる。なお、セパレータ３の強度は、硬化後の熱硬化性樹脂３ａの強度と厚さによって確保される。

また、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、埋設工程Ｓ１の後、成形工程Ｓ４の前に、熱硬化性樹脂３ａを予備硬化させる予備硬化工程Ｓ２と、線材３３が埋設されて予備硬化された熱硬化性樹脂３ａを金型Ｄへ搬送する搬送工程Ｓ３と、を有する。

これにより、未硬化の熱硬化性樹脂３ａに線材３３を埋設する埋設工程Ｓ１を、金型Ｄの外で行うことができる。また、線材３３が埋設された未硬化の熱硬化性樹脂３ａを、予備硬化工程Ｓ２で予備硬化させることで、搬送工程Ｓ３で金型Ｄへ搬送することができる。これにより、埋設工程Ｓ１および成形工程Ｓ４の自由度を向上させ、セパレータ３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Ｍにおいて、熱硬化性樹脂３ａが含有する導電性粒子３４はカーボン粒子である。また、埋設工程Ｓ１において、図４および図５に示すように、セパレータ３の流路部３１に対応する領域に配置される熱硬化性樹脂３１ａに含まれるカーボン粒子の体積比を６５％以上かつ７５％以下としている。

これにより、図２に示すように、ＭＥＧＡ２と、そのＭＥＧＡ２に接するアノード側とカソード側のセパレータ３，３との間の接触抵抗を、セル１として適切な値にすることができる。また、隣り合う二つのセル１，１のうち、一方のセル１のアノード側のセパレータ３と、他方のセル１のカソード側のセパレータ３との間の接触抵抗を、スタック１０として適切な値にすることができる。

また、熱硬化性樹脂３１ａに含まれるカーボン粒子の体積比が７５％以下であれば、成形後のセパレータ３の流路部３１の強度を確保して、カーボン粒子の脱落を防止することができる。一方、熱硬化性樹脂３１ａに含まれるカーボン粒子の体積比が７５％を超えると、成形後のセパレータ３の流路部３１の強度が低下して、カーボン粒子が脱落するおそれがある。

また、本実施形態の燃料電池用セパレータの製造方法Ｍは、埋設工程Ｓ１において、図４および図５に示すように、セパレータ３のシール部３２に対応する領域に配置される熱硬化性樹脂３２ａに含まれるカーボン粒子の体積比を２０％以下としている。

これにより、各セル１で、ＭＥＧＡ２との間の接触抵抗を低減させる必要性が低く、隣のセル１のセパレータ３と接触しない、セパレータ３のシール部３２において、熱硬化性樹脂３２ａのカーボン粒子の含有率を十分に低下させることができる。これにより、セパレータ３を構成する熱硬化性樹脂３ａが含有するカーボン粒子の使用量を低減することができ、セパレータ３の製造コストを低減することができる。

以上、図面を用いて本開示に係る燃料電池用セパレータの製造方法の実施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、本開示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、それらは本開示に含まれるものである。

３ セパレータ
３ａ 熱硬化性樹脂
２１ 流路
２２ 流路
２３ 流路
３１ 流路部
３１ａ 熱硬化性樹脂
３２ シール部
３２ａ 熱硬化性樹脂
３３ 線材
３４ 導電性粒子
Ｄ 金型
Ｍ 燃料電池用セパレータの製造方法
Ｓ１ 埋設工程
Ｓ２ 予備硬化工程
Ｓ３ 搬送工程
Ｓ４ 成形工程

Claims (5)

1. 流体の流路を画定する流路部と、該流路部の周縁部で前記流体を封止するシール部と、を有するセパレータを成形する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
   導電性粒子を含有する未硬化の熱硬化性樹脂に線材を埋設する埋設工程と、
   前記線材が埋設された前記熱硬化性樹脂を金型の内部で硬化させて前記セパレータを成形する成形工程と、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. 前記埋設工程において、網状に編んだ前記線材を前記熱硬化性樹脂に埋設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. 前記埋設工程の後、前記成形工程の前に、
   前記熱硬化性樹脂を予備硬化させる予備硬化工程と、
   前記線材が埋設されて予備硬化された前記熱硬化性樹脂を前記金型へ搬送する搬送工程と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
4. 前記導電性粒子は、カーボン粒子であり、
   前記埋設工程において、前記流路部に対応する領域に配置される前記熱硬化性樹脂に含まれる前記カーボン粒子の体積比を６５％以上かつ７５％以下と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。
5. 前記埋設工程において、前記シール部に対応する領域に配置される前記熱硬化性樹脂に含まれる前記カーボン粒子の体積比を２０％以下とすることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

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