JP2021086800A - 燃料電池用複合部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄板状の基材の両面にシール部材が一体化された燃料電池用複合部材を、容易かつ低コストに製造することができる燃料電池用複合部材の製造方法を提供する。【解決手段】 燃料電池用複合部材１の製造方法は、第一凹部５４を有する第一型５０と、第二凹部５５を有する第二型５１と、中間型５２と、を備える成形型５を用い、成形型５を型締めし、キャビティにエラストマー材料を注入して予備成形体５７を製造する予備成形工程と、成形型５を型開きし、第一凹部５４内および第二凹部５５内に予備成形体５７０、５７１を残した状態で、第一型５０と第二型５１との間に介在する予備成形体５７２を中間型５２と共に取り出す中間型取り出し工程と、第一型５０と第二型５１との間に基材１０を配置して型締めする型締め工程と、型締め後の成形型を加熱して予備成形体５７０、５７１を架橋してシール部材２０、２１とするシール部材成形工程と、を有する。【選択図】 図５

Description

本発明は、薄板状の基材の厚さ方向両面にシール部材が一体化された燃料電池用複合部材の製造方法に関する。

燃料電池においては、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を含む電極部材をセパレータで挟持したセルが発電単位となる。燃料電池は、セルの積層体を積層方向両外側から所定の力で締結して構成される。セパレータの厚さ方向（積層方向）一面側には、水素などの燃料ガスまたは空気などの酸化剤ガスが流れ、他面側には水などの冷媒が流れる。セパレータは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、それが反応ガスおよび冷媒の流路になる。セパレータの厚さ方向両面において、電極部材や貫通孔などの周囲には、枠状のゴム製シール部材（ゴムガスケット）が配置される。シール部材は、セパレータに接着されており、積層方向両外側からの締結力で圧縮される。これにより、シール部材の枠内外方向における流体の移動が禁止される。

セパレータの厚さ方向両面にシール部材を接着して一体化する方法として、例えば特許文献１には、セパレータに厚さ方向に貫通する貫通孔を穿設しておき、セパレータの一面側に射出された液状の成形材料を、当該貫通孔を通して他面側にも流入させて硬化させる方法が開示されている。また、特許文献２、３には、第一成形型内でセパレータの一面側に第一シール材を射出成形する工程と、それを第一成形型から取り出して第二成形型内に配置する工程と、第二成形型内でセパレータの他面側に第二シール材を射出成形する工程と、を有する方法が開示されている。特許文献４には、セパレータの一面側に配置される固定型と、他面側に配置される第一可動型と、を用いて一面側に第一シール材を射出成形する工程と、第一可動型を第二可動型に変更して他面側に第二シール材を射出成形する工程と、を有する方法が開示されている。特許文献５には、ゴム組成物をトランスファ成形して、表側と裏側の二つの仮成形シールを成形する工程と、二つの仮成形シール間にセパレータをインサートして二つの仮成形シールを架橋する工程と、を有する方法が開示されている。

特開２００９−２８１５２８号公報 特開平１１−１２９３９６号公報 特開２０１４−２０６１８５号公報 特開２００５−２６８０７７号公報 特開２００４−１７８９７７号公報

特許文献１に記載されているように、反応ガスおよび冷媒の流路とは別の貫通孔をセパレータに形成して、当該貫通孔を利用してシール部材の成形材料を厚さ方向両面に供給する方法においては、成形材料の粘度が大きいと、流れが悪くなることに加えて、成形材料が貫通孔を通過する際にセパレータを曲げてしまうおそれがある。このため、ゴム材料の場合には、粘性が比較的小さい液状ゴムしか使用することができず、材料の制約が大きい。また、ゴム材料の射出圧を大きくすると、セパレータが変形し、貫通孔から先のキャビティにゴムを充填しにくくなる。また、シール部材を成形するためだけにセパレータに貫通孔を形成しなければならないため、セパレータサイズを大きくしなくてはならないし、貫通孔に余分なゴム材料が残存してしまう。

一方、セパレータに貫通孔を形成しない場合や、液状ゴムではなくソリッドゴムを使用する場合は、特許文献２〜５に記載されているように、セパレータの一面側と他面側とに配置する二つのシール部材を、別々に成形する必要がある。しかしながら従来のように、第一成形型で一面側のシール部材を成形し、第二成形型で他面側のシール部材を成形する場合、シール部材ごとに成形機および成形型が必要になり、それに応じた製造スペースも必要になる。加えて、成形型のメンテナンスなどの作業も増加するためコストが増加する。また、特許文献５に記載されている方法においては、仮成形シールを成形する際に、ヒンジ部により開閉可能に連結された成形型を使用する。この場合、二つの成形型を並置するためのスペースが必要になる。また、成形した仮成形シールを収容したまま、一方の成形型を反転させて他方の成形型に重ね合わせる場合、成形型と仮成形シールとの密着性が充分ではないと、反転時に成形型から仮成形シールが脱落するおそれがある。加えて、作業が煩雑になるため、量産には適さない。また、トンラスファ成形の場合、成形型のゲートに、比較的大量のゴム材料が残存してしまう。さらに、射出成形の場合と比較して成形型が厚く重くなりやすいため、昇温に時間を要するなどの不利な点もある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、薄板状の基材の両面にシール部材が一体化された燃料電池用複合部材を、容易かつ低コストに製造することができる燃料電池用複合部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の燃料電池用複合部材の製造方法は、薄板状の基材と、該基材の厚さ方向両面に配置されるエラストマー製のシール部材と、を有する燃料電池用複合部材の製造方法であって、該基材の厚さ方向両面の一方を第一面、他方を第二面とし、該エラストマーの未架橋物をエラストマー材料として、該第一面の該シール部材を成形するための第一凹部を有する第一型と、該二面の該シール部材を成形するための第二凹部を有する第二型と、該第一型と該第二型との間に配置され、該第一凹部および該第二凹部に該エラストマー材料を流入させる流路を区画する中間型と、を備える成形型を用い、該成形型を型締めし、該第一凹部、該第二凹部、および該流路からなるキャビティに該エラストマー材料を注入して予備成形体を製造する予備成形工程と、該成形型を型開きし、該第一凹部内および該第二凹部内に該予備成形体を残した状態で、該第一型と該第二型との間に介在する該予備成形体を該中間型と共に取り出す中間型取り出し工程と、該第一型と該第二型との間に該中間型に換えて該基材を配置して、該第一型と該第二型とを型締めする型締め工程と、型締め後の成形型を加熱することにより、該第一凹部内および該第二凹部内の該予備成形体を架橋して該シール部材とすると共に、該シール部材を該基材に一体化するシール部材成形工程と、を有することを特徴とする。

本発明の燃料電池用複合部材の製造方法によると、基材の厚さ方向の一面側と他面側とに配置される二つのシール部材の予備成形体を一度に成形する（予備成形工程）。このため、成形機は一つでよく、製造スペースを縮小化でき、作業を減らすこともできる。よって、製造コストを削減することができ、生産性が向上する。また、本発明の燃料電池用複合部材の製造方法においては、第一型、第二型、およびこれらの間に配置される中間型を備える成形型を使用する。このため、予備成形体を成形する際、特許文献５に記載されているように、ヒンジ部により開閉可能に連結された成形型を開いた状態で並置する必要はなく、省スペース化が可能である。

本発明の燃料電池用複合部材の製造方法においては、基材にエラストマー材料を通過させるための貫通孔を形成する必要はない。よって、特許文献１に記載されているような、貫通孔を利用してエラストマー材料を基材の厚さ方向両面に供給する方法と比較して、基材の変形などの問題は生じず、貫通孔にエラストマー材料が残存することもない。また、エラストマー材料として、液状ゴムだけでなくソリッドゴムを使用することができるため、材料の制約が小さい。

本発明における「予備成形体」は、エラストマーの未架橋物（エラストマー材料）を所定の形状を保持できる程度に成形したものである。予備成形体を所定の条件で架橋させるとシール部材になる。本発明の燃料電池用複合部材の製造方法によると、予備成形体を成形した後は、一旦、型開きをして中間型と基材とを入れ替えた後、再び型締めして加熱する（中間型取り出し工程、型締め工程、およびシール部材成形工程）。これにより、予備成形体は架橋してシール部材になり基材に一体化される。このように、本発明の製造方法によると、基材の両面にシール部材が一体化された燃料電池用複合部材を、容易かつ低コストに製造することができる。

中間型は、第一型と第二型との間に配置され、第一型の第一凹部および第二型の第二凹部にエラストマー材料を流入させる流路を区画する。中間型の主な役割は次の二つである。（１）シール部材を成形する部位にエラストマー材料を供給する。（２）シール部材にならないエラストマー材料（予備成形体）を基材に残さず回収する。（１）については、第一型と中間型、および第二型と中間型により、第一凹部、第二凹部、および流路からなるキャビティが形成される。当該キャビティにエラストマー材料を注入することにより、基材の第一面のシール部材を成形するための第一凹部、および基材の第二面のシール部材を成形するための第二凹部に、エラストマー材料が充填される。（２）については、中間型は、予備成形体を製造した後に型開きを行って取り出される（中間型取り出し工程）。この際、第一型と第二型との間に介在する予備成形体は、中間型と共に除去される。よって、基材には、シール部材以外のエラストマー材料の架橋物は残らない。中間型と共に取り出された予備成形体は、再びエラストマー材料として使用することができる。このため、材料のロスが少なく経済的である。

第一実施形態のアノード側セパレータの上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 同アノード側セパレータの製造に使用する成形型の断面模式図である。 予備成形工程におけるエラストマー材料注入時の成形型の断面模式図である。 予備成形工程における予備成形完了時の成形型の断面模式図である。 中間型取り出し工程における型開きした状態の成形型の断面模式図である。 型締め工程における型締め時の成形型の断面模式図である。 第二実施形態のアノード側セパレータの製造に使用する成形型の断面模式図である。 予備成形工程における予備成形完了時の成形型の断面模式図である。 中間型取り出し工程における型開きした状態の成形型の断面模式図である。 型締め工程における型締め時の成形型の断面模式図である。

以下に、本発明の燃料電池用複合部材の製造方法の実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態において、燃料電池用複合部材は、燃料電池セルを構成するアノード側セパレータとして具現化されている。

［アノード側セパレータの構成］
まず、本実施形態のアノード側セパレータの構成について説明する。図１に、第一実施形態のアノード側セパレータの上面図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ断面図を示す。説明の便宜上、図２においては、左右方向の中央部を省略し両端部のみを示す。図の方位のうち、前後左右方向はセパレータの面方向、上下方向はセパレータの厚さ方向を示す。図１、図２に示すように、アノード側セパレータ１は、セパレータ本体１０と、第一シール部材２０と、第二シール部材２１と、を有している。説明の便宜上、図１においては、第一シール部材２０にハッチングを施して示す。

セパレータ本体１０は、ステンレス鋼製であって、矩形薄板状を呈している。セパレータ本体の厚さは、０．１ｍｍである。セパレータ本体１０は、厚さ方向に貫通する六つの貫通孔を有している。すなわち、セパレータ本体１０の左方には、後方から順に空気供給孔１１ａ、冷却水供給孔１２ａ、水素供給孔１３ａが開設されており、右方には、後方から順に水素排出孔１３ｂ、冷却水排出孔１２ｂ、空気排出孔１１ｂが開設されている。セパレータ本体１０は、上面１４と、下面１５と、を有している。セパレータ本体１０は、本発明における「基材」の概念に含まれ、上面１４は本発明における「第一面」の概念に含まれ、下面１５は「第二面」の概念に含まれる。上面１４の中央部分には、矩形状の発電領域２２が区画されている。発電領域２２は、アノード側セパレータ１を用いて燃料電池セルを構成した場合に、下面１５側に積層される電極部材（ＭＥＡなど）の配置領域に対応している。発電領域２２には、冷却水が流れる冷却水流路１６が形成されている。

第一シール部材２０は、セパレータ本体１０の上面１４の周縁部および六つの貫通孔（空気供給孔１１ａ、空気排出孔１１ｂ、冷却水供給孔１２ａ、冷却水排出孔１２ｂ、水素供給孔１３ａ、水素排出孔１３ｂ）の周囲に配置されている。第一シール部材２０は、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）製であって、上方から見て枠状を呈している。第一シール部材２０は、平板状の台座部２００と、それから上方に突出する山部２０１とを有している。山部２０１の頂部は、厚さ方向断面において略半円形状の曲面状を呈している。第一シール部材２０は、セパレータ本体１０（アノード側セパレータ１）の上面１４側に積層される相手部材（例えば、別のセルのカソード側セパレータ）に弾接される。

第二シール部材２１は、第一シール部材２０と同じＥＰＤＭ製であって、下方から見て枠状を呈している。第二シール部材２１は、アノード側セパレータ１を用いて燃料電池セルを構成した場合に、下面１５側に積層される電極部材の外周端部から、六つの貫通孔を除く面方向外側の領域に配置されている。第二シール部材２１は、当該燃料電池セルにおいて、電極部材の外周端部を被覆すると共にセパレータ本体１０の下面１５側に積層されるカソード側セパレータに弾接される。第二シール部材２１は、平板状の台座部２１０と、それから下方に突出する山部２１１とを有している。山部２１１の頂部は、厚さ方向断面において略半円形状の曲面状を呈している。

［アノード側セパレータの製造方法］
次に、本実施形態のアノード側セパレータの製造方法について説明する。まず、アノード側セパレータ１の製造に使用する成形型を説明する。図３に、成形型の断面模式図を示す。図３は、前出図２に対応しており、説明の便宜上、図２に示した第一シール部材２０および第二シール部材２１の成形部分のみを示す（後出の図４〜図７も同じ）。

図３に示すように、アノード側セパレータ１の製造に使用する成形型５は、第一型５０と、第二型５１と、中間型５２と、を備えている。第一型５０は、エラストマー材料を注入するための注入口５３と、セパレータ本体１０の上面１４の第一シール部材２０を成形するための第一凹部５４と、を有している。注入口５３は、円筒状を呈している。第二型５１は、セパレータ本体１０の下面１５の第二シール部材２１を成形するための第二凹部５５を有している。中間型５２は、第一型５０と第二型５１との間に配置される。後で説明するように、中間型５２は、型締め時に第一型５０および第二型５１と組み合わされることにより、第一凹部５４および第二凹部５５にエラストマー材料を流入させる流路５６を区画する。

アノード側セパレータ１の製造方法は、予備成形工程と、中間型取り出し工程と、型締め工程と、シール部材成形工程と、を有している。以下、各工程を説明する。

（１）予備成形工程
本工程においては、成形型（第一型、第二型、および中間型）を型締めし、第一凹部、第二凹部、および流路からなるキャビティにエラストマー材料を注入して予備成形体を製造する。図４に、本工程におけるエラストマー材料注入時の成形型の断面模式図を示す。図５に、本工程における予備成形完了時の成形型の断面模式図を示す。

図４に示すように、成形型５の型締め状態において、第一型５０および第二型５１と中間型５２との間には、エラストマー材料が流れる流路５６が区画されている。この状態において、図示しない射出成形機を用いて、エラストマー材料（ＥＰＤＭをゴム成分とするソリッドゴムの未架橋物）を第一型５０の注入口５３から注入する。注入されたエラストマー材料は、図４中、矢印で示すように、流路５６を流れて第一凹部５４および第二凹部５５に充填される。エラストマー材料のムーニー粘度は、約６０ＭＬ（１＋３）１００℃である。エラストマー材料は、射出成形機において１００℃程度に加熱されている。成形型５も、エラストマー材料の流動性を維持するため、１００℃程度に加熱されている。そして、図５に示すように、エラストマー材料が第一凹部５４、第二凹部５５、および流路５６からなるキャビティに充填され、射出成形が完了すると、エラストマー材料の予備成形体５７が製造される。

（２）中間型取り出し工程
本工程においては、成形型を型開きし、第一凹部内および第二凹部内に予備成形体を残した状態で、第一型と第二型との間に介在する予備成形体を中間型と共に取り出す。図６に、本工程における型開きした状態の成形型の断面模式図を示す。図６に示すように、型開きにより、予備成形体５７は、第一型５０の第一凹部５４内の第一予備成形体５７０と、第二型５１の第二凹部５５内の第二予備成形体５７１と、それ以外の第三予備成形体５７２と、に分離される。そして、図６に白抜き矢印で示すように、中間型５２は取り出され、これと共に第三予備成形体５７２も除去される。第三予備成形体５７２は、別工程で再生され、再びエラストマー材料として使用される。第一型５０の第一予備成形体５７０および第二型５１の第二予備成形体５７１は、そのまま型内に残存する。

（３）型締め工程
本工程においては、第一型と第二型との間に中間型に換えて基材を配置して、第一型と第二型とを型締めする。図７に、本工程における型締め時の成形型の断面模式図を示す。図７においては、セパレータ本体１０における貫通孔などを省略し、セパレータ本体１０を平板状に示す。図７に示すように、本工程においては、成形型５のうち、第一型５０と第二型５１とを使用する。第二型５１の上面にセパレータ本体１０を配置して、さらに第一型５０を重ねて合わせて型締めする。この際、第一型５０に残存する第一予備成形体５７０はセパレータ本体１０の上面１４に接触し、第二型５１に残存する第二予備成形体５７１はセパレータ本体１０の下面１５に接触する。

（４）シール部材成形工程
本工程においては、型締め後の成形型を加熱することにより、第一凹部内および第二凹部内の予備成形体を架橋してシール部材とすると共に、当該シール部材を基材に一体化する。先の図７に示すように、成形型５を１８０℃程度に加熱することにより、第一予備成形体５７０は架橋して第一シール部材２０になり、セパレータ本体１０の上面１４に接着される。同様に、第二予備成形体５７１は第二シール部材２１になり、セパレータ本体１０の下面１５に接着される。このようにして、アノード側セパレータ１（セパレータ本体１０と第一シール部材２０および第二シール部材２１との複合部材）が製造される（前出図２参照）。

［作用効果］
次に、本実施形態のアノード側セパレータの製造方法の作用効果について説明する。本実施形態の製造方法によると、予備成形工程において、第一予備成形体５７０および第二予備成形体５７１を射出成形により一度に成形する。すなわち、本実施形態の製造方法によると、第一シール部材２０および第二シール部材２１の予備成形体の製造を、一つの射出成形機、一つの成形型５を使用して、一度に短時間に行うことができる。成形型５は、第一型５０、第二型５１、および中間型５２が上下方向に積層されてなる。このため、ヒンジ部により開閉可能に連結された成形型を使用する方法と比較して、予備成形体５７０、５７１を成形する際に必要なスペースは小さくてよい。

本実施形態の製造方法によると、セパレータ本体１０に、エラストマー材料を通過させるための貫通孔を形成する必要はない。よって、貫通孔を利用してエラストマー材料をセパレータ本体１０の厚さ方向両面に供給する方法と比較して、セパレータ本体１０の変形などの問題は生じず、貫通孔にエラストマー材料が残存することもない。また、エラストマー材料として、ソリッドゴムを使用することができるため、材料の制約が小さい。本実施形態において、エラストマー材料（ソリッドゴム）のムーニー粘度は、約６０ＭＬ（１＋３）１００℃であり、エラストマー材料は１００℃程度に加熱されている。このため、成形型５内における流動性は良好である。

本実施形態の製造方法によると、第一予備成形体５７０および第二予備成形体５７１を成形した後は、一旦、型開きをして中間型５２を取り出す（中間型取り出し工程）。そして、中間型５２の代わりにセパレータ本体１０を配置して、再び第一型５０と第二型５１とを型締めして加熱する（型締め工程およびシール部材成形工程）。これにより、第一予備成形体５７０は架橋して第一シール部材２０になり、第二予備成形体５７１は架橋して第二シール部材２１になり、各々、セパレータ本体１０に一体化される。このように、本実施形態の製造方法によると、セパレータ本体１０の上面１４および下面１５にシール部材２０、２１が一体化されたアノード側セパレータ１を、容易かつ低コストに製造することができる。

本実施形態の製造方法によると、第一型５０と第二型５１との間に中間型５２を介在させて、第一凹部５４および第二凹部５５にエラストマー材料を流入させる。その後、中間型５２を取り出すことにより、第一型５０と第二型５１との間に介在する不要な第三予備成形体５７２（シール部材にならない予備成形体）も一緒に除去する。これにより、セパレータ本体１０には、第一シール部材２０および第二シール部材２１以外のエラストマー材料の架橋物は残らない。中間型５２と共に取り出された第三予備成形体５７２は、別工程で再生させることにより、再びエラストマー材料として使用することができる。よって、材料のロスが少なく経済的である。

＜第二実施形態＞
本実施形態のアノード側セパレータの製造方法と、第一実施形態のアノード側セパレータの製造方法との相違点は、第一型の形状を変更したことにより予備成形体の分離の仕方が異なる点である。ここでは、主に相違点を説明する。

まず、本実施形態のアノード側セパレータの製造に使用する成形型を説明する。図８に、成形型の断面模式図を示す。図８は、前出図２に対応しており、説明の便宜上、図２に示した第一シール部材２０および第二シール部材２１の成形部分のみを示す（後出の図９〜図１１も同じ）。

図８に示すように、アノード側セパレータの製造に使用する成形型６は、第一型６０と、第二型６１と、中間型６２と、を備えている。第一型６０は、エラストマー材料を注入するための注入口６３と、注入口に続く追加凹部６４と、セパレータ本体１０の上面１４の第一シール部材２０を成形するための第一凹部６５と、を有している。注入口６３は、円筒状を呈している。注入口６３の口径は、第一実施形態の注入口５３の口径よりも小さい。第二型６１および中間型６２は、第一実施形態の成形型５を構成する第二型５１および中間型５２と同じである。すなわち、第二型６１は、セパレータ本体１０の下面１５の第二シール部材２１を成形するための第二凹部６６を有している。中間型６２は、第一型６０と第二型６１との間に配置される。後で説明するように、中間型６２は、型締め時に第一型６０および第二型６１と組み合わされることにより、第一凹部６５および第二凹部６６にエラストマー材料を流入させる流路６７を区画する。

本実施形態のアノード側セパレータの製造方法も、第一実施形態と同様に、予備成形工程と、中間型取り出し工程と、型締め工程と、シール部材成形工程と、を有している。以下、各工程を説明する。

（１）予備成形工程
図９に、本工程における予備成形完了時の成形型の断面模式図を示す。図９に示すように、成形型６の型締め状態において、第一型６０および第二型６１と中間型６２との間には、エラストマー材料が流れる流路６７が区画されている。この状態において、図示しない射出成形機を用いて、エラストマー材料（ＥＰＤＭをゴム成分とするソリッドゴムの未架橋物）を第一型６０の注入口６３から注入する。注入されたエラストマー材料は、追加凹部６４、流路６７を流れて第一凹部６５および第二凹部６６に充填される。そして、エラストマー材料が追加凹部６４、第一凹部６５、第二凹部６６、および流路６７からなるキャビティに充填され、射出成形が完了すると、エラストマー材料の予備成形体６８が製造される。

（２）中間型取り出し工程
図１０に、本工程における型開きした状態の成形型の断面模式図を示す。図１０に示すように、型開きにより、予備成形体６８は、第一型６０の注入口６３内の注入口予備成形体６８０と、第一凹部６５内の第一予備成形体６８１と、第二型６１の第二凹部６６内の第二予備成形体６８２と、それ以外の第三予備成形体６８３と、に分離される。そして、図１０に白抜き矢印で示すように、中間型６２は取り出され、これと共に第三予備成形体６８３も除去される。第一型６０の注入口予備成形体６８０、第一予備成形体６８１および第二型６１の第二予備成形体６８２は、そのまま型内に残存する。

（３）型締め工程
図１１に、本工程における型締め時の成形型の断面模式図を示す。図１１においては、セパレータ本体１０における貫通孔などを省略し、セパレータ本体１０を平板状に示す。図１１に示すように、本工程においては、成形型６のうち、第一型６０と第二型６１とを使用する。第二型６１の上面にセパレータ本体１０を配置して、さらに第一型６０を重ねて合わせて型締めする。この際、第一型６０に残存する第一予備成形体６８１はセパレータ本体１０の上面１４に接触し、第二型６１に残存する第二予備成形体６８２はセパレータ本体１０の下面１５に接触する。第一型６０に残存する注入口予備成形体６８０は、セパレータ本体１０との間に追加凹部６４が介在しているため、セパレータ本体１０の上面１４に接触しない。

（４）シール部材成形工程
先の図１１に示すように、成形型６を１８０℃程度に加熱することにより、第一予備成形体６８１は架橋して第一シール部材２０になり、セパレータ本体１０の上面１４に接着される。同様に、第二予備成形体６８２は第二シール部材２１になり、セパレータ本体１０の下面１５に接着される。このようにして、アノード側セパレータ１（セパレータ本体１０と第一シール部材２０および第二シール部材２１との複合部材）が製造される（前出図２参照）。なお、注入口予備成形体６８０も架橋するが、セパレータ本体１０には接着しないため、第一型６０と共に除去される。

次に、本実施形態のアノード側セパレータの製造方法の作用効果について説明する。本実施形態のアノード側セパレータの製造方法と、第一実施形態のアノード側セパレータの製造方法とは、構成が共通する部分に関しては同様の作用効果を有する。また、本実施形態の製造方法においては、第一型６０に注入口予備成形体６８０が残存したまま、シール部材成形工程を行う。しかしながら、第一型６０は、追加凹部６４を有するため、セパレータ本体１０の上面１４と注入口予備成形体６８０とは接触しない。結果、注入口予備成形体６８０の架橋物が、セパレータ本体１０に接着することを回避することができる。

＜その他＞
以上、本発明の燃料電池用複合部材の製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

上記実施形態においては、燃料電池用複合部材をアノード側セパレータとして具現化したが、本発明の製造方法を適用する燃料電池用複合部材は、カソード側セパレータでもよく、セパレータ以外の部材でも構わない。すなわち、基材は、燃料電池の構成部材であればセパレータ本体に限定されない。

基材の材質は、上記実施形態に限定されず、金属でも樹脂でもよい。基材がセパレータ本体である場合、ステンレス鋼の他、鉄、チタン、アルミニウムなどが好適である。セパレータ本体に形成される流路、貫通孔などの構成は限定されない。セパレータ本体の厚さは、発電性能の観点から、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が望ましい。

シール部材は、エラストマー製であればよく、その種類は限定されない。シール部材を成形するためのエラストマー材料は、液状ゴムでもソリッドゴムでもよい。成形型内における流動性の確保および予備成形体の形状保持性を考慮して、エラストマー材料のムーニー粘度は、１００ＭＬ（１＋３）１００℃以下であることが望ましい。ムーニー粘度は、ＪＩＳ Ｋ ６３００−１：２０１３に準じて測定すればよい。シール部材は、ゴム成分の他に、架橋剤、共架橋剤、加工助剤、軟化剤、補強材などを含んでいてもよい。好適なゴム成分としては、ＥＰＤＭの他、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）などが挙げられる。

上記実施形態においては、シール部材を、基材に固定される台座部と、該台座部から突出し曲面を有する山部と、を有するように構成したが、シール部材の形状は、特に限定されない。例えば、山部の厚さ方向の断面形状は、半円形状の他、楕円形状、台形状、三角形状、幅が階段状に変化する形状などでもよい。また、山部が無く台座部のみからなるものでもよい。シール部材の厚さなどの寸法は、シール部材の形状、配置する位置、セパレータ本体の厚さなどに応じて適宜決定すればよい。シール部材の配置形態も特に限定されない。セパレータ本体の外周縁に沿って環状に配置してもよく、反応ガスまたは冷媒の流路としての貫通孔の周囲のみに配置してもよい。

中間型取り出し工程においては、第一型と第二型との間に介在する不要な予備成形体を中間型と共に取り出すが、第一凹部内および第二凹部内には予備成形体を残す。予備成形体の分離は、成形型の型面の形状を調整したり、表面処理を施すなどして離型性に差を設けて行えばよい。例えば、予備成形体の切断させたい部分が細くなるように、成形型の形状を工夫すればよい。また、型面に離型剤を塗布すれば予備成形体は剥がれやすくなり、型面に溝部を形成して型面を凹凸形状にすると予備成形体は残存しやすくなる。予備成形体のうちシール部材にならない部分については、第一実施形態のように全て除去してもよいが、第二実施形態のように基材に接触しない状態を実現できれば、その一部を成形型に残したままでもよい。中間型と共に取り出された予備成形体については、エラストマー材料として再利用することができる。

上記実施形態においては、シール部材の予備成形体を、射出成形により製造した。しかしながら、予備成形体の製造方法としては、射出成形の他、トランスファ成形などを採用してもよい。なお、射出成形を採用すると、トンラスファ成形と比較して、成形型を薄く軽くしやすく、ゲートに残存するエラストマー材料の量を少なくすることができる。このため、基材の変形を抑制することができると共に、昇温時間を短くすることができるため、生産性の向上に有利である。また、成形型の加熱温度は、エラストマー材料の架橋反応および架橋時間を考慮して適宜決定すればよい。

１：アノード側セパレータ（燃料電池用複合部材）、１０：セパレータ本体（基材）、１１ａ：空気供給孔、１１ｂ：空気排出孔、１２ａ：冷却水供給孔、１２ｂ：冷却水排出孔、１３ａ：水素供給孔、１３ｂ：水素排出孔、１４：上面（第一面）、１５：下面（第二面）、１６：冷却水流路、２０：第一シール部材、２１：第二シール部材、２２：発電領域、２００：台座部、２０１：山部、２１０：台座部、２１１：山部、５：成形型、５０：第一型、５１：第二型、５２：中間型、５３：注入口、５４：第一凹部、５５：第二凹部、５６：流路、５７：予備成形体、５７０：第一予備成形体、５７１：第二予備成形体、５７２：第三予備成形体、６：成形型、６０：第一型、６１：第二型、６２：中間型、６３：注入口、６４：追加凹部、６５：第一凹部、６６：第二凹部、６７：流路、６８：予備成形体、６８０：注入口予備成形体、６８１：第一予備成形体、６８２：第二予備成形体、６８３：第三予備成形体。

Claims (9)

1. 薄板状の基材と、該基材の厚さ方向両面に配置されるエラストマー製のシール部材と、を有する燃料電池用複合部材の製造方法であって、
   該基材の厚さ方向両面の一方を第一面、他方を第二面とし、該エラストマーの未架橋物をエラストマー材料として、
   該第一面の該シール部材を成形するための第一凹部を有する第一型と、該二面の該シール部材を成形するための第二凹部を有する第二型と、該第一型と該第二型との間に配置され、該第一凹部および該第二凹部に該エラストマー材料を流入させる流路を区画する中間型と、を備える成形型を用い、
   該成形型を型締めし、該第一凹部、該第二凹部、および該流路からなるキャビティに該エラストマー材料を注入して予備成形体を製造する予備成形工程と、
   該成形型を型開きし、該第一凹部内および該第二凹部内に該予備成形体を残した状態で、該第一型と該第二型との間に介在する該予備成形体を該中間型と共に取り出す中間型取り出し工程と、
   該第一型と該第二型との間に該中間型に換えて該基材を配置して、該第一型と該第二型とを型締めする型締め工程と、
   型締め後の成形型を加熱することにより、該第一凹部内および該第二凹部内の該予備成形体を架橋して該シール部材とすると共に、該シール部材を該基材に一体化するシール部材成形工程と、
   を有することを特徴とする燃料電池用複合部材の製造方法。
2. 前記予備成形工程は、前記エラストマー材料を射出成形して行う請求項１に記載の燃料電池用複合部材の製造方法。
3. 前記エラストマーは、ソリッドゴムである請求項１または請求項２に記載の燃料電池用複合部材の製造方法。
4. 前記エラストマー材料のムーニー粘度は、１００ＭＬ（１＋３）１００℃以下である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池用複合部材の製造方法。
5. 前記中間型取り出し工程において前記中間型と共に取り出される前記予備成形体を、前記エラストマー材料として再利用する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池用複合部材の製造方法。
6. 前記基材は、金属製である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池用複合部材の製造方法。
7. 前記基材は、セパレータ本体である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池用複合部材の製造方法。
8. 前記セパレータ本体の厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項７に記載の燃料電池用複合部材の製造方法。
9. 前記シール部材は枠状を呈し、前記基材に固定される台座部と、該台座部から突出し曲面を有する山部と、を有する請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池用複合部材の製造方法。

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