JP3981695B2 - Fuel cell separator molding die, fuel cell separator manufacturing method, and fuel cell separator - Google Patents

Fuel cell separator molding die, fuel cell separator manufacturing method, and fuel cell separator Download PDF

Info

Publication number
JP3981695B2
JP3981695B2 JP2006143956A JP2006143956A JP3981695B2 JP 3981695 B2 JP3981695 B2 JP 3981695B2 JP 2006143956 A JP2006143956 A JP 2006143956A JP 2006143956 A JP2006143956 A JP 2006143956A JP 3981695 B2 JP3981695 B2 JP 3981695B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mold
punch
fuel cell
separator
channel groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006143956A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007001303A (en
Inventor
正己 鈴木
洋正 荒巻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seikoh Giken Co Ltd
Original Assignee
Seikoh Giken Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2006143956A priority Critical patent/JP3981695B2/en
Application filed by Seikoh Giken Co Ltd filed Critical Seikoh Giken Co Ltd
Priority to CA002609460A priority patent/CA2609460A1/en
Priority to KR1020077025992A priority patent/KR20070120588A/en
Priority to PCT/JP2006/310455 priority patent/WO2006126638A1/en
Priority to US11/920,745 priority patent/US20090117441A1/en
Priority to EP06746834A priority patent/EP1919014A1/en
Priority to TW095118602A priority patent/TW200703758A/en
Publication of JP2007001303A publication Critical patent/JP2007001303A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3981695B2 publication Critical patent/JP3981695B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

この発明は、一般には、燃料電池セパレータの製造方法に係り、さらに詳しくは、流動性に乏しい炭素質系粉末を主成分とする材料を用いて圧縮成形により燃料電池セパレータを得る成形金型、製造方法および燃料電池セパレータに関するものである。   The present invention generally relates to a method for manufacturing a fuel cell separator, and more specifically, a molding die for obtaining a fuel cell separator by compression molding using a material mainly composed of carbonaceous powder having poor fluidity, and manufacturing The present invention relates to a method and a fuel cell separator.

燃料電池による発電システムは、近年のエネルギー消費量増加に伴う二酸化炭素排出量の増加や、石油をはじめとする化石資源の枯渇問題を解決するべく、クリーンかつ高効率の新しい技術として広く実用化検討が推進されている。   Fuel cell power generation system is widely considered as a clean and highly efficient new technology to solve the increase in carbon dioxide emissions accompanying the recent increase in energy consumption and the depletion of fossil resources such as oil. Is promoted.

特に、電解質にイオン交換膜を用いた固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)システムは、作動温度が80℃以下と比較的低温であることから、容易に運転・停止が可能である。また、エネルギー効率が高いことから、家庭用コージェネレーション、自動車、携帯機器等への導入が期待されている。   In particular, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) system that uses an ion exchange membrane as an electrolyte can be easily operated and stopped because its operating temperature is relatively low, at 80 ° C or less. is there. In addition, because of its high energy efficiency, introduction into home cogeneration, automobiles, portable devices, etc. is expected.

固体高分子型燃料電池に用いられる基本セルは、イオン交換膜からなる電解質膜がアノード(燃料極)とカソード(空気極)で挟まれて膜/電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を構成し、このMEAを両側から2枚のセパレータで挟み込む構成である。   The basic cell used in polymer electrolyte fuel cells is a membrane / electrode assembly (MEA) consisting of an electrolyte membrane consisting of an ion exchange membrane sandwiched between an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode). The MEA is sandwiched between two separators from both sides.

セパレータ表面には、MEAのアノード(燃料極)に水素等の燃料ガスを、またカソード(空気極)に酸素・空気等の酸化ガスを供給するための流路溝がそれぞれ形成される。また、冷媒を流すための冷媒流路も形成される場合がある。さらに、セパレータは、燃料ガスと酸化ガスを分離するための遮蔽板としての機能をもつ。   On the separator surface, there are formed flow channel grooves for supplying a fuel gas such as hydrogen to the anode (fuel electrode) of the MEA and an oxidizing gas such as oxygen and air to the cathode (air electrode). Moreover, the refrigerant | coolant flow path for flowing a refrigerant | coolant may be formed. Further, the separator functions as a shielding plate for separating the fuel gas and the oxidizing gas.

そして、燃料電池システムに必要な電気出力に応じて、このような基本セルが数十〜数百枚直列に積層されてスタックとして構成される。   Then, depending on the electrical output required for the fuel cell system, several tens to several hundreds of such basic cells are stacked in series to form a stack.

以上のような機能をもつセパレータに必要な代表的特性としては、アメリカ・エネルギー省(DOE:Department of Energy)の目標値を基準にした場合、電気抵抗値が20mΩ・cm以下であること、ガス透過性が2×10−6cc/cm・sec・atm以下であること、薄肉、軽量であること、そして、市場への普及には製造コストの大幅な低減が必要不可欠である。 Typical characteristics required for separators having the above functions are that the electrical resistance value is 20 mΩ · cm or less, based on the US Department of Energy (DOE) target value, and gas For the permeability to be 2 × 10 −6 cc / cm 2 · sec · atm or less, to be thin and light, and to spread to the market, a significant reduction in manufacturing cost is indispensable.

このような諸性質・コストを兼ね備えたセパレータは、当初、炭素質系材料に熱硬化型樹脂バインダを混合・成形し、加熱硬化後に非酸化性雰囲気中にて1000℃以上の高温で長時間処理により焼成炭化されていた。   A separator with such properties and costs is initially mixed and molded with a carbonaceous material and a thermosetting resin binder, and after heat curing, it is treated for a long time at a high temperature of 1000 ° C or higher in a non-oxidizing atmosphere. Was calcined by firing.

この方法で得られる成形品は板状であるため、ガス流路溝、ガス導入孔、スタック用孔等の切削加工を必要とし、非常にコスト高になるという問題があった。   Since the molded product obtained by this method is plate-shaped, cutting of gas flow channel grooves, gas introduction holes, stack holes, and the like is required, resulting in a problem that the cost is very high.

これに対し、導電性に優れた黒鉛粉末材料に樹脂系バインダを混合し、あらかじめ流路溝形状・孔形状を形成可能な金型で圧縮成形する方法は、セパレータに必要な諸特性を満足し、かつ切削加工が不要であることから、低コストが実現可能な製造方法として注目されている。
特開2004−235137号公報 特開2004−22207号公報 特開2004−235069号公報
In contrast, a method in which a resin-based binder is mixed with a graphite powder material with excellent electrical conductivity, and compression molding using a mold capable of forming a channel groove shape and hole shape in advance satisfies various properties required for the separator. In addition, since it does not require cutting, it has attracted attention as a manufacturing method that can realize low cost.
JP 2004-235137 A JP 2004-22207 A JP 2004-235069 A

しかしながら、高い導電性を得るためには黒鉛配合率を75wt%以上とする必要があるため、著しく材料の流動性が低下する。その結果、セパレータに必要な諸形状に形成する圧縮成形の場合、以下のような課題がある。   However, in order to obtain high conductivity, the graphite content needs to be 75 wt% or more, so that the fluidity of the material is significantly reduced. As a result, in the case of compression molding to form various shapes necessary for the separator, there are the following problems.

セパレータは表面に、ガス流路溝部とその周囲の囲繞部とを有しているが、ガス流路溝部と囲繞部の密度が均一でない。すなわち、ガス流路溝部は材料の圧縮比が高く、囲繞部は材料の圧縮比が低い。そのため、囲繞部はガス流路溝部に比べて黒鉛の密度が低いので、導電性が低下するとともにガス透過性も大きくなる。   The separator has a gas flow channel groove portion and a surrounding surrounding portion on the surface, but the density of the gas flow channel groove portion and the surrounding portion is not uniform. That is, the gas channel groove portion has a high material compression ratio, and the surrounding portion has a low material compression ratio. Therefore, since the density of the graphite in the surrounding portion is lower than that in the gas flow channel groove portion, the conductivity is lowered and the gas permeability is increased.

図1に一般的なセパレータの一例を示し、図2にその断面図を示す。なお、図1、図2は、この発明による燃料電池セパレータの一実施形態を示すものであるが、セパレータの形状としては一般的なものであるので、図示の形状を用いてここでは一般的なセパレータについて説明する。   FIG. 1 shows an example of a general separator, and FIG. 2 shows a cross-sectional view thereof. 1 and 2 show an embodiment of a fuel cell separator according to the present invention. Since the shape of the separator is a general shape, the shape shown in the drawing is generally used here. The separator will be described.

セパレータに要求される高い導電性を向上させるには、100%黒鉛の密度2.1g/cmにできるだけ近づけることが重要である。仮に黒鉛80wt%、フェノール樹脂20wt%の配合率である粉末材料の嵩密度を0.65g/cm、製品目標密度を1.95g/cmとすると、圧縮成形時の圧縮比は3となる。金型に充填するべき粉末材料は、製品厚2mmであれば、圧縮比は3であるから6mmとなる。 In order to improve the high conductivity required for the separator, it is important to make it as close as possible to a density of 100% graphite of 2.1 g / cm 3 . If the bulk density of the powder material, which is a blending ratio of graphite 80 wt% and phenol resin 20 wt%, is 0.65 g / cm 3 and the product target density is 1.95 g / cm 3 , the compression ratio at the time of compression molding is 3. . The powder material to be filled in the mold is 6 mm because the compression ratio is 3 if the product thickness is 2 mm.

このとき、図18に一例を示すように囲繞部領域を圧縮比3に設定した場合、ガス流路溝部を形成する領域は、充填時の断面積86.4mmから前記の圧縮比3によるプレスストローク4mm圧縮したときの断面積は22.2mmとなり、断面積を基準としたときのガス流路溝部の圧縮比は3.9となり、囲繞部領域に対して30%過剰な圧縮比となる。この現象はガス流路溝部の断面積が大きいほど、また製品厚さが薄くなるほど顕著になる。 At this time, when the surrounding area is set to a compression ratio 3 as shown in FIG. 18, the area for forming the gas flow path groove is a press according to the compression ratio 3 from the cross-sectional area 86.4 mm 2 at the time of filling. When the stroke is compressed by 4 mm, the cross-sectional area is 22.2 mm 2 , and the compression ratio of the gas channel groove when the cross-sectional area is used as a reference is 3.9, which is an excess compression ratio of 30% with respect to the surrounding area. . This phenomenon becomes more prominent as the cross-sectional area of the gas channel groove is larger and the product thickness is thinner.

前記の製品断面形状に起因する圧縮比の差は、粉末材料の流動性の悪さにより圧縮方向に対して横方向への材料流動がほとんどないことが根本的な原因である。   The difference in the compression ratio due to the product cross-sectional shape is fundamentally due to the fact that there is almost no material flow in the transverse direction to the compression direction due to the poor flowability of the powder material.

一方、圧縮成形による製品形状形成後の離型においても、以下のような課題がある。   On the other hand, there are the following problems also in mold release after product shape formation by compression molding.

黒鉛の密度を上げるために、プレス圧力はおよそ30MPa以上で成形される。そのため金型内の成形品には高い圧縮応力が残留しており、金型から離型した後は応力が開放されるために膨張する。この現象はスプリングバックと呼ばれるもので、製品の反り・変形の発生、ガス流路溝部の離型抵抗の増加によるクラック・欠けなどの不良を発生させる。特に製品形状が薄肉でガス流路溝が深い場合は顕著となる。   In order to increase the density of graphite, the pressing pressure is formed at about 30 MPa or more. Therefore, a high compressive stress remains in the molded product in the mold, and the mold expands because the stress is released after being released from the mold. This phenomenon is called springback, and causes defects such as the occurrence of warpage and deformation of the product, and cracks and chips due to an increase in the release resistance of the gas flow channel groove. This is particularly noticeable when the product shape is thin and the gas channel groove is deep.

このように、セパレータに要求される高い導電性を維持しながら、製品形状の薄肉化・ガス流路溝の狭ピッチ、さらには溝深さの増加などにより、ますます難成形性となる傾向にあるのが現状であり、更なる圧縮成形による製造技術の構築が望まれている。   In this way, while maintaining the high electrical conductivity required for separators, it is becoming increasingly difficult to form due to thinner product shapes, narrow pitches in gas flow channel grooves, and increased groove depth. There is a present situation, and construction of manufacturing technology by further compression molding is desired.

この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、黒鉛含有率が高く、流動性に乏しい粉末材料を用いた圧縮成形によるセパレータ製造方法において、適切な金型・成形プロセスを採用することにより、セパレータ表面のガス流路溝部領域と囲繞部領域との密度バランスを均一にし、金型からの製品取り出しにおいても変形・反り・クラックの発生が少なく高品質かつ生産性の高い燃料電池セパレータの成形金型、燃料電池セパレータの製造方法および燃料電池セパレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and adopts an appropriate mold and molding process in a separator manufacturing method by compression molding using a powder material having high graphite content and poor fluidity. As a result, the density balance between the gas flow channel groove area and the surrounding area on the separator surface is made uniform, and even when taking out the product from the mold, there is little deformation, warping or cracking, and the fuel cell has high quality and high productivity. An object is to provide a molding die for a separator, a method for producing a fuel cell separator, and a fuel cell separator.

この発明の請求項に係る燃料電池セパレータの製造方法は、金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで、少なくとも片面に流路溝部および囲繞部を有する燃料電池セパレータを製造する製造方法であって、一方の金型と、前記片面側に位置し、かつ、前記流路溝部に対応するインナー金型と前記囲繞部に対応するアウター金型とに分割された他方の金型とによる圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように、前記インナー金型に対して前記アウター金型を突出させることを特徴とするものである。 Method for manufacturing a fuel cell separator according to claim 1 of the present invention, by compression molding of powdery material using a die, to produce a fuel cell separator having at least one surface in the flow path grooves and surrounding portion preparation A method, wherein one mold and the other mold located on the one side and divided into an inner mold corresponding to the flow channel groove and an outer mold corresponding to the surrounding part, After the compression molding by the above, the outer mold is protruded with respect to the inner mold so that the flow channel groove part is released prior to the surrounding part when the mold is opened for taking out the molded product. It is what.

この発明の請求項に係る燃料電池セパレータの製造方法は、金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで、少なくとも片面に流路溝部および囲繞部を有する燃料電池セパレータを製造する製造方法であって、一方の金型と、前記片面側に位置し、かつ、前記流路溝部に対応するインナー金型と前記囲繞部に対応するアウター金型とに分割された他方の金型と、前記両金型間に形成されるキャビティの外周を担う枠体とによる圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように、前記インナー金型に対して前記アウター金型を突出させ、前記流路溝部が離型し、かつ、前記囲繞部が離型しない状態で、前記枠体を移動させて成形品の外周を当該枠体から解放させることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell separator manufacturing method for manufacturing a fuel cell separator having a flow channel groove portion and a surrounding portion on at least one side by compression molding a powdery material using a mold. A method, wherein one mold and the other mold located on the one side and divided into an inner mold corresponding to the flow channel groove and an outer mold corresponding to the surrounding part, After the compression molding with the frame that forms the outer periphery of the cavity formed between the molds, the flow channel groove part is released prior to the surrounding part when the mold is opened for taking out the molded product. The outer mold is protruded with respect to the inner mold, the flow channel groove part is released, and the surrounding part is not released, and the frame body is moved to move the outer periphery of the molded product Characterized by being released from the frame A.

この発明の請求項に係る燃料電池セパレータの製造方法は、請求項または請求項記載の燃料電池セパレータの製造方法において、前記型開き時に、前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように前記インナー金型に対して前記アウター金型を突出させる際、前記流路溝部が容易に離型するように、前記インナー金型と前記アウター金型との分割面から圧縮空気を噴出させることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a fuel cell separator according to the first or second aspect , wherein the flow channel groove portion is formed before the surrounding portion when the mold is opened. When the outer mold is protruded from the inner mold so as to release, the compressed air is separated from the dividing surface of the inner mold and the outer mold so that the flow channel groove portion is easily released. Is ejected.

この発明の請求項に係る燃料電池セパレータの製造方法は、金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで、表裏各面に流路溝部および囲繞部を有する燃料電池セパレータを製造する製造方法であって、前記流路溝部に対応する上インナー金型および下インナー金型と、前記囲繞部に対応する上アウター金型および下アウター金型とに分割された上金型および下金型による圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、表裏各面の前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように、前記上インナー金型および前記下インナー金型に対して、前記上アウター金型および前記下アウター金型を突出させることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel cell separator, wherein a fuel cell separator having a channel groove portion and an surrounding portion on each of the front and back surfaces is produced by compression molding a powdery material using a mold. An upper mold and a lower mold divided into an upper inner mold and a lower inner mold corresponding to the flow channel groove, and an upper outer mold and a lower outer mold corresponding to the surrounding portion, which are manufacturing methods. After compression molding with a mold, when opening the mold for taking out a molded product, the upper inner mold and the lower inner mold are arranged so that the flow channel groove part is released prior to the surrounding parts on the front and back surfaces. On the other hand, the upper outer mold and the lower outer mold are protruded.

この発明の請求項に係る燃料電池セパレータの製造方法は、請求項記載の燃料電池セパレータの製造方法において、前記上金型および前記下金型と、前記両金型間に形成されるキャビティの外周を担う枠体とによる圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、前記上インナー金型および前記下インナー金型に対して、前記上アウター金型および前記下アウター金型を突出させ、表裏各面の前記流路溝部が離型し、かつ、表裏各面の前記囲繞部が離型しない状態で、前記枠体を移動させて成形品の外周を当該枠体から解放させることを特徴とするものである。 A fuel cell separator manufacturing method according to claim 5 of the present invention is the fuel cell separator manufacturing method according to claim 4 , wherein the upper mold and the lower mold, and a cavity formed between the two molds are provided. The upper outer mold and the lower outer mold protrude with respect to the upper inner mold and the lower inner mold when the mold is opened for taking out a molded product after compression molding with the frame that bears the outer periphery of the mold. And moving the frame body to release the outer periphery of the molded product from the frame body in a state where the flow channel grooves on the front and back surfaces are released and the surrounding parts on the front and back surfaces are not released. It is characterized by.

この発明の請求項に係る燃料電池セパレータの製造方法は、請求項または請求項記載の燃料電池セパレータの製造方法において、前記型開き時に、前記上インナー金型および前記下インナー金型に対して前記上アウター金型および前記下アウター金型を突出させる際、表裏各面の前記流路溝部が容易に離型するように、前記上インナー金型および前記下インナー金型と前記上アウター金型および前記下アウター金型との分割面から圧縮空気を噴出させることを特徴とするものである。 A fuel cell separator manufacturing method according to claim 6 of the present invention is the fuel cell separator manufacturing method according to claim 4 or 5 , wherein the upper inner mold and the lower inner mold are formed when the mold is opened. On the other hand, when the upper outer mold and the lower outer mold are protruded, the upper inner mold, the lower inner mold, and the upper outer mold are formed so that the flow path grooves on the front and back surfaces can be easily separated. Compressed air is ejected from a dividing surface between the mold and the lower outer mold.

また、この発明は、金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで、少なくとも片面に流路溝部および囲繞部を有する燃料電池セパレータを製造する製造方法であって、一方の金型と、前記片面側に位置し、かつ、前記流路溝部に対応するインナー金型と前記囲繞部に対応するアウター金型とに分割された他方の金型とによる圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように、前記インナー金型に対して前記アウター金型を突出させる構成としたので、セパレータ取り出しにおいてスプリングバックが発生する前に流路溝部領域を先行して離型することができ、そのため形状欠損のないセパレータが製造可能となる。   The present invention is also a manufacturing method for manufacturing a fuel cell separator having a flow channel groove portion and an enclosure portion on at least one side by compression molding a powdery material using a mold, In order to take out a molded product after compression molding by the other mold that is located on the one side and is divided into an inner mold corresponding to the flow channel groove and an outer mold corresponding to the surrounding part. When the mold is opened, the outer mold protrudes from the inner mold so that the flow path groove part is released prior to the surrounding part, so that a springback occurs when the separator is taken out. The flow path groove region can be released in advance, so that a separator having no shape defect can be manufactured.

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、この発明による燃料電池セパレータの一実施形態を示す(a)正面図および(b)背面図、図2は、図1のII−II線に沿ってとられた(a)断面図および(b)A部の拡大図である。   1A and 1B show a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a rear view. FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. And (b) is an enlarged view of a portion A.

この燃料電池セパレータ1は、固体高分子型燃料電池システムに適用されるセパレータであり、両面(少なくとも片面)には、流路溝部2および、流路溝部2の周囲を囲む囲繞部4を有している。   This fuel cell separator 1 is a separator applied to a polymer electrolyte fuel cell system, and has a flow channel groove portion 2 and a surrounding portion 4 surrounding the flow channel groove portion 2 on both surfaces (at least one surface). ing.

セパレータ1の寸法は、燃料電池システムの発電能力により異なるが、外形が50〜400mm、例えば縦150mm×横100mmで、厚さが0.5〜5mm、例えば2.0mmの平板形状である。   Although the dimensions of the separator 1 vary depending on the power generation capacity of the fuel cell system, the outer shape is 50 to 400 mm, for example, 150 mm in length × 100 mm in width, and the thickness is 0.5 to 5 mm, for example, 2.0 mm.

セパレータ1の流路溝部2には、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却水の流路となる溝(流路溝)3が形成されている。流路溝3の深さは、一般にセパレータ1の板厚の約1/2以下であり、例えば0.5mmである。流路溝3の溝幅は0.5〜5mm、例えば1mmである。隣り合う流路溝3どうしのピッチは、例えば2mmである。そして、流路溝3は、セパレータ1表面の囲繞部4に囲まれた所定領域内に細密な配置で形成されて、流路溝部2を構成している。   In the flow channel groove portion 2 of the separator 1, a groove (flow channel groove) 3 serving as a flow path for fuel gas, oxidizing gas, or cooling water is formed. The depth of the flow channel 3 is generally about ½ or less of the plate thickness of the separator 1, for example, 0.5 mm. The groove width of the channel groove 3 is 0.5 to 5 mm, for example 1 mm. The pitch between the adjacent channel grooves 3 is, for example, 2 mm. The channel groove 3 is formed in a fine arrangement in a predetermined region surrounded by the surrounding portion 4 on the surface of the separator 1 to constitute the channel groove portion 2.

このような流路溝3は、セパレータ1の囲繞部4に形成されたマニホルド5に連結していて、マニホルド5を通して、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却水が流路溝3に導入・排出されるようになっている。なお、図1では、流路溝3およびマニホルド5を2系統だけ図示し、第3の流路溝および第3のマニホルドは図示を省略してある。   Such a channel groove 3 is connected to a manifold 5 formed in the surrounding portion 4 of the separator 1, and fuel gas, oxidizing gas or cooling water is introduced into and discharged from the channel groove 3 through the manifold 5. It is like that. In FIG. 1, only two systems of the flow channel 3 and the manifold 5 are shown, and the third flow channel and the third manifold are not shown.

また、囲繞部4にも溝が形成されているが、この溝は適宜のシール材を封入するための溝であり、流体の流路となる溝すなわち流路溝3ではない。この明細書では、このような溝を含めて囲繞部4と定義する。   Further, although a groove is also formed in the surrounding portion 4, this groove is a groove for enclosing an appropriate sealing material, and is not a groove serving as a fluid flow path, that is, a flow path groove 3. In this specification, such a groove is defined as the surrounding portion 4.

この発明による燃料電池セパレータ1に用いられる成形材料は、炭素質粉末を主成分とし、樹脂系材料をバインダとして混合したものである。   The molding material used for the fuel cell separator 1 according to the present invention is a mixture of carbonaceous powder as a main component and a resin-based material as a binder.

セパレータ1は高い導電性を必要とするため、炭素質材料としては、高い結晶性の黒鉛構造を有することが望ましく、人造黒鉛、天然黒鉛、膨潤黒鉛などが適しており、またこれらを適正な割合で混合してもよい。黒鉛粉末の平均粒子径は、導電性、材料流動性の面からφ5〜100μmが用いられ、さらに好ましくはφ10〜60μmである。黒鉛粉末中の灰分は、セパレータ1に隣接する触媒の電気化学的反応を阻害し、耐久性を低下させるため、0.5%以下が好ましい。   Since the separator 1 requires high conductivity, it is desirable that the carbonaceous material has a highly crystalline graphite structure, and artificial graphite, natural graphite, swollen graphite, and the like are suitable, and these are used at an appropriate ratio. May be mixed. The average particle diameter of the graphite powder is from φ5 to 100 μm, more preferably from φ10 to 60 μm, from the viewpoint of conductivity and material fluidity. The ash content in the graphite powder is preferably 0.5% or less because it inhibits the electrochemical reaction of the catalyst adjacent to the separator 1 and lowers the durability.

一方、炭素質粉末のバインダとして用いる樹脂系材料は、熱可塑性または熱硬化性のいずれでも構わない。好ましくは、機械的強度、耐久性の面から、3次元分子構造を形成する熱硬化性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂は、例えばフェノール系、エポキシ系、ジアリルフタレート系、不飽和ポリエステル系等が使用できるが、生産性・耐久性の面からフェノール系樹脂が好ましい。   On the other hand, the resin material used as the binder of the carbonaceous powder may be either thermoplastic or thermosetting. Preferably, a thermosetting resin that forms a three-dimensional molecular structure is used in terms of mechanical strength and durability. As the thermosetting resin, for example, phenol, epoxy, diallyl phthalate, unsaturated polyester, and the like can be used. From the viewpoint of productivity and durability, a phenol resin is preferable.

上記の黒鉛粉末と樹脂系バインダとの配合割合は、高い導電性と高い非ガス透過性および機械的強度のバランスから、黒鉛75〜95wt%、樹脂系バインダ25〜5wt%、さらに好ましくは、黒鉛82〜93wt%、樹脂系バインダ18〜7wt%の配合割合の成形材料が用いられる。   The blending ratio of the above graphite powder and the resin binder is 75 to 95 wt% graphite, 25 to 5 wt% resin binder, more preferably graphite from the balance of high conductivity, high non-gas permeability and mechanical strength. A molding material having a blending ratio of 82 to 93 wt% and a resin binder of 18 to 7 wt% is used.

以上の混合材料を用いて、以下に説明する成形金型および成形プロセス(製造方法)により、この発明による燃料電池セパレータ1を成形することができる。   Using the above mixed material, the fuel cell separator 1 according to the present invention can be molded by a molding die and a molding process (manufacturing method) described below.

図3は、この発明による燃料電池セパレータ1の製造方法に用いる成形金型の第1の実施形態を示す縦断面図であり、説明のため、実際の型開き状態よりも大きく開いて図示してある。また、囲繞部4に形成されるマニホルド5およびセパレータ1のスタック用貫通孔を形成する金型であるコアは省略してある。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a molding die used in the method of manufacturing the fuel cell separator 1 according to the present invention. For the sake of explanation, FIG. is there. Further, the manifold 5 formed in the surrounding portion 4 and the core that is a mold for forming the through hole for stacking the separator 1 are omitted.

この成形金型10は、固定側ブロック20に設けられる下金型(下パンチ)21と、移動側ブロック40に設けられる上金型(上パンチ)41と、上下両金型41,21間に形成されるキャビティ50の外周を担う金型である枠体(ダイ)30とを備えている。枠体(ダイ)30も固定側ブロック20に設けられ、また、上金型(上パンチ)41は移動側ブロック40とともに、ラム圧力で作動されるようになっている。   The molding die 10 includes a lower die (lower punch) 21 provided on the fixed side block 20, an upper die (upper punch) 41 provided on the moving side block 40, and upper and lower die 41, 21. It has a frame (die) 30 that is a mold that bears the outer periphery of the cavity 50 to be formed. A frame (die) 30 is also provided on the stationary block 20, and an upper die (upper punch) 41 is operated together with the moving block 40 by ram pressure.

下金型(下パンチ)21は、セパレータ1下面の流路溝部2領域の形状を形成する金型である下インナー金型(下インナーパンチ)22と、セパレータ1下面の囲繞部4領域の形状を形成する金型である下アウター金型(下アウターパンチ)25とに分割して構成してある。   The lower mold (lower punch) 21 includes a lower inner mold (lower inner punch) 22 that is a mold for forming the shape of the flow path groove portion 2 region on the lower surface of the separator 1 and the shape of the surrounding portion 4 region on the lower surface of the separator 1. It is divided into a lower outer mold (lower outer punch) 25 which is a mold for forming the.

また、下パンチ21は、下アウターパンチ25に対して下インナーパンチ22を、ストッパブロック23に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)24と、下インナーパンチ22に対して下アウターパンチ25を、ストッパブロック26に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)27とを備えている。   The lower punch 21 has an operating member (actuator) 24 that moves the lower inner punch 22 forward and backward with respect to the lower outer punch 25 so that the lower inner punch 22 can protrude until it contacts the stopper block 23, and the lower outer punch 22 And an actuating member (actuator) 27 that moves forward and backward so that it can protrude until it abuts against the stopper block 26.

そして、アクチュエータ24による、下アウターパンチ25に対して下インナーパンチ22を突出させる作動力は、ラム圧力による圧縮工程終了時に下インナーパンチ22の突出が実質的に解消される程度の大きさに設定されるものである。   The actuating force of the actuator 24 that causes the lower inner punch 22 to protrude relative to the lower outer punch 25 is set to such a level that the protrusion of the lower inner punch 22 is substantially eliminated at the end of the compression process due to the ram pressure. It is what is done.

さらに、下パンチ21は、型開き時に下インナーパンチ22に対して下アウターパンチ25を突出させる際、セパレータ1下面の流路溝部2が容易に離型するように、下インナーパンチ22と下アウターパンチ25との分割面から圧縮空気を噴出させる下パンチエアブロー用ライン28を備えている。   Further, when the lower punch 21 is opened, when the lower outer punch 25 protrudes from the lower inner punch 22, the lower inner punch 22 and the lower outer punch 21 are arranged so that the channel groove 2 on the lower surface of the separator 1 can be easily released. A lower punch air blow line 28 for jetting compressed air from a split surface with the punch 25 is provided.

上金型(上パンチ)41は、セパレータ1上面の流路溝部2領域の形状を形成する金型である上インナー金型(上インナーパンチ)42と、セパレータ1上面の囲繞部4領域の形状を形成する金型である上アウター金型(上アウターパンチ)45とに分割して構成してある。   The upper mold (upper punch) 41 is an upper inner mold (upper inner punch) 42 which is a mold for forming the shape of the flow channel groove 2 region on the upper surface of the separator 1 and the shape of the surrounding portion 4 region on the upper surface of the separator 1. Is divided into an upper outer mold (upper outer punch) 45 which is a mold for forming the.

また、上パンチ41は、上インナーパンチ42に対して上アウターパンチ45を、ストッパブロック46に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)47を備えている。   Further, the upper punch 41 includes an operating member (actuator) 47 that moves the upper outer punch 45 forward and backward with respect to the upper inner punch 42 so that the upper outer punch 45 can protrude until it comes into contact with the stopper block 46.

そして、アクチュエータ47による、上インナーパンチ42に対して上アウターパンチ45を突出させるストローク、および、アクチュエータ27による、下インナーパンチ22に対して下アウターパンチ25を突出させるストロークは、セパレータ1表裏各面の流路溝部2の深さと実質的に同寸法よりやや大きく設定されるものである。   The stroke by which the actuator 47 projects the upper outer punch 45 with respect to the upper inner punch 42 and the stroke by which the actuator 27 projects the lower outer punch 25 with respect to the lower inner punch 22 It is set to be slightly larger than the same dimension as the depth of the flow channel groove 2.

さらに、上パンチ41は、型開き時に上インナーパンチ42に対して上アウターパンチ45を突出させる際、セパレータ1上面の流路溝部2が容易に離型するように、上インナーパンチ42と上アウターパンチ45との分割面から圧縮空気を噴出させる上パンチエアブロー用ライン48を備えている。   Further, when the upper punch 41 projects the upper outer punch 45 with respect to the upper inner punch 42 when the mold is opened, the upper inner punch 42 and the upper outer punch 42 are arranged so that the flow channel groove 2 on the upper surface of the separator 1 is easily released. An upper punch air blow line 48 for ejecting compressed air from a split surface with the punch 45 is provided.

枠体(ダイ)30は、その上面が下パンチ21の上面より低くなる位置から、ストッパブロック31に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)32を備えている。   The frame body (die) 30 is provided with an operating member (actuator) 32 that moves forward and backward so that the upper surface of the frame body (die) is lower than the upper surface of the lower punch 21 until it comes into contact with the stopper block 31.

この成形金型10は、図示しないプレス装置の機能および金型を保持するためのダイセット機能により、ダイ30および、下インナーパンチ22、下アウターパンチ25、上インナーパンチ42、上アウターパンチ45の各金型が圧縮成形方向に作動可能に保持される。そして、図3に矢印Pで示すように、セパレータ1の最大面積を有する平面部に対して垂直方向からの単軸成形により圧縮成形されるものである。   The molding die 10 has a die 30, a lower inner punch 22, a lower outer punch 25, an upper inner punch 42, and an upper outer punch 45 by a function of a pressing device (not shown) and a die setting function for holding the die. Each mold is operably held in the compression molding direction. And as shown by the arrow P in FIG. 3, it is compression-molded by the uniaxial molding from a perpendicular direction with respect to the plane part which has the largest area of the separator 1. FIG.

なお、図3に示す金型構成は一例であり、セパレータ1の形状により、任意の金型分割位置、任意の金型構成数で対応することができる。   Note that the mold configuration shown in FIG. 3 is an example, and the shape of the separator 1 can correspond to any mold division position and any number of mold configurations.

この発明による成形金型10は、上記のように、セパレータ1の流路溝部2領域と囲繞部4領域とにパンチが分割された構造を有しているため、以下のような成形プロセスが可能である。   Since the molding die 10 according to the present invention has a structure in which the punch is divided into the flow channel groove 2 region and the surrounding portion 4 region of the separator 1 as described above, the following molding process is possible. It is.

粉末材料を用いた圧縮成形においては、圧縮成形品の目標密度と材料の嵩密度との比率を圧縮比として、キャビティ50への材料充填量を決定する。特に、流動性の悪い材料の場合は、成形品の部分的な圧縮比のバラツキはそのまま密度のバラツキとなり、大きな品質の低下となる。粉末材料の圧縮プレス成形法における充填方法は、ダイ上面を基準として余剰に投入した材料を排除し、充填量のバラツキを抑えるのが一般的である。   In compression molding using a powder material, the material filling amount in the cavity 50 is determined by using the ratio between the target density of the compression molded product and the bulk density of the material as the compression ratio. In particular, in the case of a material having poor fluidity, the variation in the partial compression ratio of the molded product becomes the variation in density as it is, and the quality is greatly deteriorated. The filling method in the powder material compression press molding method generally eliminates excessively charged material with reference to the upper surface of the die and suppresses variation in the filling amount.

図4は、成形金型10のキャビティ50に粉末材料を充填した状態を示す要部の縦断面図である。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a main part showing a state where the cavity 50 of the molding die 10 is filled with a powder material.

図5は、圧縮成形品であるセパレータ1の縦断面図を示す。なお、図4と図5の断面位置は同一位置である。   FIG. 5 shows a longitudinal sectional view of the separator 1 which is a compression molded product. 4 and 5 are the same cross-sectional positions.

この発明による成形金型10を用いた製造プロセスにおいて、目標密度と粉末材料の嵩密度との比率つまり圧縮比を3と仮定したとき、セパレータ1の囲繞部4領域の断面積Soutは、製品厚さがTmmであるから、ダイ30を下パンチ21上面から3×Tmm上昇させることにより3×Soutの断面積をもつ空間を設ければ、適性な材料が充填される。 In a manufacturing process using a molding die 10 according to the present invention, when it is assumed that the 3 ratio, i.e. the compression ratio of the bulk density of the target density and powder material, the cross-sectional area S out of the surrounding part 4 area of the separator 1, the product since thickness is Tmm, by providing a space having a sectional area of 3 × S out by allowing the die 30 is 3 × Tmm rises from the lower punch 21 top surface, proper material is filled.

このとき下アウターパンチ25上面は平坦であるため、理想的な材料の充填が可能である。   At this time, since the upper surface of the lower outer punch 25 is flat, an ideal material can be filled.

これに対し、セパレータ1の流路溝部2領域の断面積Sinは、ダイ30を3×Tmm上昇させると、流路溝3を形成するための金型凸部の断面積の形成に相当する材料が余剰となり、流路溝部2領域に充填される材料は3×Sinを超えてしまう。 On the other hand, the cross-sectional area S in of the flow channel groove 2 region of the separator 1 corresponds to the formation of the cross-sectional area of the mold convex portion for forming the flow channel 3 when the die 30 is raised by 3 × T mm. The material becomes surplus, and the material filled in the flow channel groove 2 region exceeds 3 × S in .

そこで、この発明による成形金型10を用いた製造プロセスでは、その余剰な材料充填を防止するため、流路溝3を形成する下インナーパンチ22を所定のh寸法分だけ上昇させ、つまり材料が充填される空間をh寸法分減少させることで、3×Sinの断面積に調整することが可能である。 Therefore, in the manufacturing process using the molding die 10 according to the present invention, the lower inner punch 22 that forms the channel groove 3 is raised by a predetermined h dimension in order to prevent the excessive filling of the material. By reducing the space to be filled by the dimension h, it is possible to adjust the cross-sectional area to 3 × S in .

しかも、このh寸法は任意に調整可能であるから、囲繞部4であるSout部の密度に対して、流路溝部2であるSin部の密度を相対的にコントロール可能である。双方の密度を均一にすることができるし、もし必要であるなら、流路溝部2の密度を囲繞部4の密度に対して増減することもできる。 Moreover, since the dimension h is arbitrarily adjustable with respect to the density of S out portion is a surrounding part 4, it is possible to relatively control the density of S in part a flow path groove 2. Both densities can be made uniform, and if necessary, the density of the channel grooves 2 can be increased or decreased with respect to the density of the surrounding parts 4.

図6〜図9は、この発明による成形金型10を用いた燃料電池セパレータの製造方法において圧縮成形の過程を示し、図6は充填調整前の状態、図7は充填調整後の圧縮直前の状態、図8は圧縮工程中間の状態、図9は圧縮完了の状態を示す縦断面図である。   6 to 9 show the process of compression molding in the method of manufacturing a fuel cell separator using the molding die 10 according to the present invention, FIG. 6 shows a state before filling adjustment, and FIG. 7 shows the state just before compression after filling adjustment. 8 is a longitudinal sectional view showing a state in the middle of the compression process, and FIG. 9 is a state in which the compression is completed.

セパレータ1全体の密度バラツキを低減するには、圧縮工程中に、材料充填量の少ない流路溝部2領域の圧縮速度と、囲繞部4領域の圧縮速度とを均等に、つまり圧縮開始から圧縮完了までの工程をほぼ同時に終了させることで、双方の領域2,4の品質バラツキをなくすことができる。   In order to reduce the density variation of the separator 1 as a whole, during the compression process, the compression speed of the flow path groove portion 2 region with a small amount of material filling and the compression speed of the surrounding portion 4 region are equalized, that is, compression is completed from the start of compression. By ending the processes up to almost simultaneously, it is possible to eliminate quality variations in both areas 2 and 4.

具体的には、下インナーパンチ22は空圧、油圧、バネ、電動モータ等のアクチュエータ24の駆動力によって、上パンチ41側の圧縮力よりも小さな保持力でフロートされて、上パンチ41側の圧縮力に応じて下降できる状態、または上パンチ41側よりやや遅い速度で下降させることが好ましい。その結果、充填量が少ない領域つまり圧縮ストロークが短い領域でも、圧縮速度を遅らせることができる。   Specifically, the lower inner punch 22 is floated with a holding force smaller than the compression force on the upper punch 41 side by the driving force of the actuator 24 such as air pressure, hydraulic pressure, spring, electric motor, etc. It is preferable to descend according to the compression force, or at a slightly slower speed than the upper punch 41 side. As a result, the compression speed can be delayed even in a region where the filling amount is small, that is, a region where the compression stroke is short.

図8は圧縮比2、粉末材料が圧縮されている中間の状態を示す。下インナーパンチ22は下降しているものの圧縮完了位置には達しておらず、目標密度に到達していない中間の状態である。   FIG. 8 shows an intermediate state where the compression ratio is 2 and the powder material is compressed. Although the lower inner punch 22 is lowered, it has not reached the compression completion position and is in an intermediate state where the target density has not been reached.

図9は圧縮完了状態を示す。下インナーパンチ22はアクチュエータ24による保持上昇力よりも大きなプレス圧縮力によって下降限の位置にあり、下アウターパンチ25と面一状態または所定の位置にてセパレータ1が成形される。   FIG. 9 shows the compression completion state. The lower inner punch 22 is in the lower limit position by a press compression force larger than the holding and raising force by the actuator 24, and the separator 1 is formed in a state flush with the lower outer punch 25 or at a predetermined position.

図10〜図13は、この発明による成形金型10を用いた燃料電池セパレータの製造方法において成形後の製品取り出しの過程を示し、図10は取り出し直前の状態、図11は流路溝部を抜き出す状態、図12はダイが下降した状態、図13は型開き完了の状態を示す縦断面図である。   10 to 13 show a process of taking out a product after molding in the method of manufacturing a fuel cell separator using the molding die 10 according to the present invention, FIG. 10 is a state immediately before taking out, and FIG. 11 is a drawing of a channel groove. FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the state, FIG. 12 is a state where the die is lowered, and FIG. 13 is a state where the mold opening is completed.

図10は、セパレータ取り出し直前の状態である。このとき、下アウターパンチ25および上アウターパンチ45には、空圧、油圧、バネ、電動モータ等のアクチュエータ27,47の駆動力により、セパレータ1を突き出す方向に力を与えておく。   FIG. 10 shows a state immediately before the separator is taken out. At this time, a force is applied to the lower outer punch 25 and the upper outer punch 45 in the direction in which the separator 1 is protruded by the driving force of actuators 27 and 47 such as pneumatic pressure, hydraulic pressure, a spring, and an electric motor.

この突き出す力は、プレス装置の上部ラム(図示省略)がセパレータ1を押す力よりも小さいことが条件になる。上インナーパンチ42で形成される流路溝3の深さをdとすると、上アウターパンチ45のストロークはdと同寸法以上に設定する。同様に、下インナーパンチ22で形成される流路溝3の深さをdとすると、下アウターパンチ25のストロークもdと同寸法以上に設定する。 The protruding force is required to be smaller than the force by which the upper ram (not shown) of the pressing device presses the separator 1. When the depth of the upper inner punch 42 passage grooves 3 formed in the d 1, the stroke of the upper outer punch 45 is set to at least the same dimensions as d 1. Similarly, to set the depth of flow grooves 3 formed under the inner punch 22 When d 2, or more strokes to as d 2 same size of lower outer punch 25.

図11は、離型性の悪い流路溝部2の金型がセパレータ1から抜き出された状態を示す。上アウターパンチ45、下アウターパンチ25がセパレータ1に向かって突き出す力が働いている状態で上部ラムが上昇すると、上インナーパンチ42は上アウターパンチ45を支持点として、同様に下インナーパンチ22は下アウターパンチ25を支持点として、セパレータ1から離型する力が働く。上部ラムがセパレータ1上下両面の流路溝3段差の合計(d+d)を上昇したとき、セパレータ1上下両面の流路溝3は金型から離型される。 FIG. 11 shows a state in which the mold of the channel groove portion 2 having poor releasability is extracted from the separator 1. When the upper ram rises with the upper outer punch 45 and the lower outer punch 25 projecting toward the separator 1, the upper inner punch 42 uses the upper outer punch 45 as a supporting point, and similarly the lower inner punch 22 Using the lower outer punch 25 as a support point, a force for releasing from the separator 1 works. When the upper ram rises the sum (d 1 + d 2 ) of the step heights 3 on both the upper and lower surfaces of the separator 1, the flow channel grooves 3 on both the upper and lower surfaces of the separator 1 are released from the mold.

この過程の開始時すなわち離型開始直後には、密閉された状態でセパレータ1の流路溝部2を離型するため、セパレータ1と金型表面および金型分割ラインからの外気導入はほとんど期待できず、減圧状態となる。そこで各インナーパンチ22,42と各アウターパンチ25,45の分割面から圧縮エアーを噴出すことにより、スムーズな離型が可能である。   At the start of this process, that is, immediately after the start of mold release, the flow path groove portion 2 of the separator 1 is released in a sealed state. Therefore, almost no introduction of outside air from the separator 1 and the mold surface and the mold dividing line can be expected. First, the pressure is reduced. Therefore, by releasing compressed air from the divided surfaces of the inner punches 22 and 42 and the outer punches 25 and 45, smooth release is possible.

図12は、セパレータ1の外周形状を形成するダイ30が下降した状態を示す。圧縮成形によって形成された直後のセパレータ1の内部には大きな圧縮応力が発生している。セパレータ1取り出しの際、金型が離れると同時に内部応力が開放され、スプリングバックが発生し、セパレータ1は膨張する。スプリングバック量は、材料・成形温度・圧縮力等により異なるが約0.2〜0.8%発生し、縦150mm×横100mmのセパレータでは1mm以上の膨張量になる。   FIG. 12 shows a state where the die 30 forming the outer peripheral shape of the separator 1 is lowered. A large compressive stress is generated inside the separator 1 immediately after being formed by compression molding. When the separator 1 is taken out, the internal stress is released at the same time as the mold is released, a spring back is generated, and the separator 1 expands. The amount of springback varies depending on the material, molding temperature, compressive force, etc., but is about 0.2 to 0.8%, and an expansion amount of 1 mm or more is obtained with a separator having a length of 150 mm × width of 100 mm.

図12に示すように、上アウターパンチ45と下アウターパンチ25とでセパレータ1を押さえた状態でダイ30を抜き出すことにより、内部応力はセパレータ1の平面方向(図で横方向)に開放される。仮に、ダイ30を抜き出す前にすべての上パンチ41を上昇させてしまうと、外周側に開放できない内部応力は逃げ場を失い、セパレータ1の中央部は凸状に変形が生じる。   As shown in FIG. 12, the internal stress is released in the plane direction (lateral direction in the figure) of the separator 1 by pulling out the die 30 while holding the separator 1 with the upper outer punch 45 and the lower outer punch 25. . If all the upper punches 41 are raised before the die 30 is extracted, the internal stress that cannot be released to the outer peripheral side loses the escape field, and the central portion of the separator 1 is deformed into a convex shape.

図13は、上パンチ41がセパレータ1から完全に抜け、容易に取り出しが可能となった状態を示す。上パンチ41とセパレータ1を確実に離型する方法としては、上パンチ41側のエアーブローを下パンチ21側よりもやや長く作動させればよい。   FIG. 13 shows a state where the upper punch 41 is completely removed from the separator 1 and can be easily removed. As a method for reliably releasing the upper punch 41 and the separator 1, the air blow on the upper punch 41 side may be operated slightly longer than the lower punch 21 side.

以下、この発明による成形金型を用いて、この発明による製造方法により圧縮成形される燃料電池セパレータの成形プロセスについて具体的に説明する。但し、この発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, a molding process of a fuel cell separator that is compression-molded by the manufacturing method according to the present invention using the molding die according to the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to these examples.

(1)セパレータ1の形状は、縦150mm、横100mm、厚さ2mm(または2.5mm)、ガス流路溝3は幅1mm、深さ0.5mm、ピッチは2mmで12列、表裏各面の中央に配置される。 (1) The shape of the separator 1 is 150 mm in length, 100 mm in width, 2 mm in thickness (or 2.5 mm), the gas channel groove 3 is 1 mm in width, 0.5 mm in depth, and the pitch is 2 mm. Placed in the center of

(2)粉末材料は灰分0.15%、平均粒子径φ30μmの球状天然黒鉛(または同様の人造黒鉛)80wt%、樹脂系バインダはレゾール型フェノール20wt%の混合物を使用した。嵩密度は0.65g/cmである。 (2) The powder material used was a mixture of 0.15% ash, 80 wt% spherical natural graphite (or similar artificial graphite) having an average particle diameter of 30 μm, and the resin binder was a 20 wt% resol type phenol. The bulk density is 0.65 g / cm 3 .

(3)圧縮成形装置は上ラム下降型150トン油圧プレスを用いた。上インナーパンチ42はプレスの上側プラテンに直結、その他のダイ30、上アウターパンチ45、下アウターパンチ25、下インナーパンチ22はダイセット内に設けられた油圧を駆動源とするシリンダによって作動し、作動ストロークはダイセット内に設けられたストロークエンドブロックにより決定される。 (3) An upper ram descending type 150-ton hydraulic press was used as the compression molding apparatus. The upper inner punch 42 is directly connected to the upper platen of the press, and the other die 30, the upper outer punch 45, the lower outer punch 25, and the lower inner punch 22 are operated by a cylinder provided with a hydraulic pressure as a driving source provided in the die set. The operating stroke is determined by a stroke end block provided in the die set.

また、各金型の作動タイミングは、上ラムストロークにおける位置をリニアゲージで検出し、その電圧信号をトリガとしたシーケンス制御により油圧バルブを切り替え、各作動をコントロールした。   The operation timing of each mold was controlled by detecting the position in the upper ram stroke with a linear gauge and switching the hydraulic valve by sequence control using the voltage signal as a trigger.

(4)セパレータ1としての性能が得られる密度1.95g/cmを目標として、粉末材料の嵩密度0.65g/cmであるから基準圧縮比は3とした。よって、セパレータ1の囲繞部4領域の材料充填量は2mm×3より6mmに設定した。流路溝部2領域はセパレータ1の断面積とキャビティ50の空間断面積との比率が1:3となるように1.8mmを減ずる必要があるので、流路溝部2領域を形成する金型の下インナーパンチ22は1.8mm上昇つまり充填量は6mm−1.8mmより4.2mmに設定した。 (4) as the target density 1.95 g / cm 3 which performance can be obtained as a separator 1, the reference compression ratio because it is bulk density 0.65 g / cm 3 of the powder material was 3. Therefore, the material filling amount of the surrounding part 4 region of the separator 1 was set to 6 mm from 2 mm × 3. Since the flow channel groove 2 region needs to be reduced by 1.8 mm so that the ratio of the cross-sectional area of the separator 1 to the space cross-sectional area of the cavity 50 is 1: 3, the mold for forming the flow channel groove 2 region The lower inner punch 22 was raised by 1.8 mm, that is, the filling amount was set to 4.2 mm from 6 mm-1.8 mm.

(5)金型温度は流動性を向上させるため60℃に加熱し、前記の油圧プレス装置により125トンで15秒間、圧縮した。 (5) The mold temperature was heated to 60 ° C. in order to improve fluidity, and compressed by 125 tons for 15 seconds by the hydraulic press device.

(6)圧縮成形完了後、上アウターパンチ45、下アウターパンチ25がセパレータ1を押し出す方向に作動するように油圧バルブを開く。同時に離型用エアーブローを各アウターパンチ45,25と各インナーパンチ42,22の分割部より噴出する。 (6) After the compression molding is completed, the hydraulic valve is opened so that the upper outer punch 45 and the lower outer punch 25 operate in the direction in which the separator 1 is pushed out. At the same time, a release air blow is ejected from the divided portions of the outer punches 45 and 25 and the inner punches 42 and 22.

この状態を保持したままプレス上部ラムを1mm上昇させると、それぞれ0.5mmの作動ストロークを設定している上アウターパンチ45、下アウターパンチ24はセパレータ1を挟んだ状態のまま、上インナーパンチ42、下インナーパンチ22はセパレータ1の流路溝部2から抜き出される。   If the upper ram of the press is raised by 1 mm while maintaining this state, the upper outer punch 45 and the lower outer punch 24, each having an operating stroke of 0.5 mm, are held with the separator 1 interposed therebetween. The lower inner punch 22 is extracted from the flow channel groove 2 of the separator 1.

その後直ちにダイ30を油圧駆動により下降させ、セパレータ1外周部を抜き出す。その後、上部ラムを上昇させることによりセパレータ1の取り出しが完了となる。   Immediately thereafter, the die 30 is lowered by hydraulic drive, and the outer periphery of the separator 1 is extracted. Thereafter, the removal of the separator 1 is completed by raising the upper ram.

(7)図14は、上インナーパンチ42、上アウターパンチ45にキャビティ30内圧力センサを設置し、圧縮成形工程中に生じている材料の圧力推移を示したグラフである。囲繞部4領域と流路溝部2領域の圧力状態はほぼ均等となっている。それぞれの領域での密度も囲繞部1.97g/cm、流路溝部1.95g/cmであり均等な品質といえる。 (7) FIG. 14 is a graph showing the pressure transition of the material generated during the compression molding process by installing the pressure sensor in the cavity 30 in the upper inner punch 42 and the upper outer punch 45. The pressure states of the surrounding portion 4 region and the flow channel groove portion 2 region are substantially equal. The density in each region is also 1.97 g / cm 3 for the surrounding portion and 1.95 g / cm 3 for the channel groove portion.

また、図15は、セパレータ1の流路溝部2コーナーの拡大図である。金型形状は精度良く転写され、無理のない製品取り出しであることがわかる。   FIG. 15 is an enlarged view of the corner of the flow channel groove 2 of the separator 1. It can be seen that the mold shape is transferred with high accuracy and that it is easy to take out the product.

(8)一方、図16は、従来技術による圧縮成形した場合の圧力推移を示す。流路溝部領域の圧力上昇は大きいが、囲繞部領域の圧力上昇は約1/2〜1/3と非常にバラツキが大きい。結果、それぞれの領域での密度も囲繞部1.79g/cm、流路溝部1.98g/cmであり囲繞部の密度低下が顕著になっている。 (8) On the other hand, FIG. 16 shows a pressure transition when compression molding is performed according to the prior art. Although the pressure increase in the flow channel region is large, the pressure increase in the surrounding region is very large, approximately 1/2 to 1/3. Result, the density in each region surrounding part 1.79 g / cm 3, a density reduction of and surrounding portion a passage groove 1.98 g / cm 3 becomes prominent.

また、図17は、セパレータの流路溝部コーナーの拡大図である。セパレータ取り出し時に大きな離型抵抗が発生し、コーナー部は欠損していることがわかる。   FIG. 17 is an enlarged view of the channel groove part corner of the separator. It can be seen that a large release resistance is generated when the separator is taken out, and the corner portion is missing.

図19は、図1に示す燃料電池セパレータ1の各部を詳細に見たときの(a)正面図および(b)背面図、図20は、図19のXX−XX線に沿ってとられた断面図、図21は、図20の(a)A部の拡大図、(b)B部の拡大図および(c)C部の拡大図である。   19 shows (a) a front view and (b) a rear view when each part of the fuel cell separator 1 shown in FIG. 1 is viewed in detail, and FIG. 20 is taken along the line XX-XX in FIG. FIG. 21 is a sectional view, FIG. 21 is an enlarged view of part A in FIG. 20, (b) an enlarged view of part B, and (c) an enlarged view of part C.

燃料電池セパレータ1を断面で見ると、その大部分は図2(a)に示すように、流路溝部2と、囲繞部4とで構成される。そして、流路溝部2は図2(b)に示すように、表裏両面に流路溝3を備えている。   When the fuel cell separator 1 is viewed in cross section, most of the fuel cell separator 1 is composed of a flow channel groove portion 2 and a surrounding portion 4 as shown in FIG. And the flow-path groove part 2 is equipped with the flow-path groove | channel 3 on both front and back, as shown in FIG.2 (b).

ところが、各流路溝3がマニホルド5に連なる部分には、図20、図21に示すように、片面だけに流路溝3が形成され、反対側の面は流路溝3のない領域6が存在する。すなわち、燃料電池セパレータ1を断面で詳しく見ると、両面に流路溝3を備えた両面流路溝部2と、片面にのみ流路溝3を備えた片面流路溝部6と、流路溝部2,6の周囲を囲む囲繞部4とを有している。片面流路溝部6の反対面は囲繞部4で構成される。   However, as shown in FIG. 20 and FIG. 21, the channel groove 3 is formed only on one surface in the portion where each channel groove 3 is connected to the manifold 5, and the opposite surface is a region 6 without the channel groove 3. Exists. That is, when the fuel cell separator 1 is viewed in detail in cross section, a double-sided channel groove part 2 having a channel groove 3 on both sides, a single-sided channel groove part 6 having a channel groove 3 only on one side, and a channel groove part 2 , 6 and a surrounding portion 4 surrounding the periphery. The opposite surface of the single-sided channel groove portion 6 is constituted by the surrounding portion 4.

しかも、片面流路溝部6には、図20のB部を拡大して図21(b)示すように、下面にのみ流路溝3を備えた片面流路溝部6と、図20のC部を拡大して図21(c)示すように、上面にのみ流路溝3を備えた片面流路溝部6とがある。   Moreover, as shown in FIG. 21 (b), the single-sided flow channel part 6 is enlarged from the B part of FIG. 20, and the single-sided flow channel part 6 having the flow channel 3 only on the lower surface, and the C part of FIG. As shown in FIG. 21 (c), there is a single-sided channel groove portion 6 provided with a channel groove 3 only on the upper surface.

このような片面流路溝部6は、図3に示す成形金型10では、両面流路溝部2とともに当然、下インナーパンチ22および上インナーパンチ42の領域に割り当てられる。図3に示す成形金型10の場合、下パンチ21は、下アウターパンチ25に対して下インナーパンチ22を、ストッパブロック23に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)24を備えているのに対し、上パンチ41は、そのような作動部材(アクチュエータ)を備えていない。そのため、図6に示す充填調整前から、図7に示す充填調整後・圧縮直前、図8に示す圧縮工程中間、図9に示す圧縮完了後まで、上インナーパンチ42と上アウターパンチ45との位置関係は変わらない。   Such a single-sided channel groove 6 is naturally assigned to the lower inner punch 22 and the upper inner punch 42 in the molding die 10 shown in FIG. In the case of the molding die 10 shown in FIG. 3, the lower punch 21 includes an actuating member (actuator) 24 that advances and retracts the lower inner punch 22 until it comes into contact with the stopper block 23 with respect to the lower outer punch 25. On the other hand, the upper punch 41 does not include such an operating member (actuator). Therefore, before the filling adjustment shown in FIG. 6, after the filling adjustment shown in FIG. 7 and immediately before compression, until the middle of the compression process shown in FIG. 8, and after completion of the compression shown in FIG. 9, the upper inner punch 42 and the upper outer punch 45 The positional relationship does not change.

それでも、図4に示すように、下アウターパンチ25に対して下インナーパンチ22を所定のh寸法分だけ上昇させ、材料が充填される空間をh寸法分減少させることで、セパレータ1の囲繞部4領域の断面積Soutと、流路溝部2領域の断面積Sinとの調整を果たし、図14に示すように、圧力状態がほぼ均等になることで密度の均一性を実現している。 Still, as shown in FIG. 4, the lower inner punch 22 is raised by a predetermined h dimension with respect to the lower outer punch 25, and the space filled with the material is reduced by the h dimension, so that the surrounding portion of the separator 1 play 4 and the cross-sectional area S out of a region, the adjustment of the cross-sectional area S in the flow path groove 2 region, as shown in FIG. 14 realizes the uniformity of the density by the pressure state becomes substantially equal .

しかし、上記したように、燃料電池セパレータ1には、両面流路溝部2と囲繞部4の他に、下面にのみ流路溝3を備えた片面流路溝部6と、上面にのみ流路溝3を備えた片面流路溝部6とがある。このうち、下面にのみ流路溝3を備えた片面流路溝部6は、その周囲の囲繞部4との間であらかじめh寸法分だけ断面積の調整が行われている。これに対し、上面にのみ流路溝3を備えた片面流路溝部6は、その周囲の囲繞部4との間でこのような断面積の調整が行われておらず、また、圧縮工程を通じて行われることはない。   However, as described above, the fuel cell separator 1 includes the double-sided channel groove portion 2 and the surrounding portion 4, the single-sided channel groove portion 6 provided with the channel groove 3 only on the lower surface, and the channel groove only on the upper surface. 3 and a single-sided channel groove portion 6 having 3. Among these, the cross-sectional area of the single-sided channel groove portion 6 provided with the channel groove 3 only on the lower surface is adjusted in advance by the h dimension with the surrounding surrounding portion 4. On the other hand, the single-side flow channel groove portion 6 having the flow channel groove 3 only on the upper surface is not adjusted with such a cross-sectional area with the surrounding surrounding portion 4, and through the compression process. Never done.

ところで、図18を参照して上述したように、囲繞部4の領域を圧縮比3に設定した場合、流路溝部(両面流路溝部)2の領域は、充填時の断面積86.4mmから圧縮比3によるプレスストローク4mm圧縮したときの断面積は22.2mmとなり、断面積を基準としたときの流路溝部2の圧縮比は3.9となり、囲繞部4の領域に対して30%過剰な圧縮比となる。同様に、片面流路溝部6の領域は、囲繞部4の領域に対して10%過剰な圧縮比となる。 By the way, as described above with reference to FIG. 18, when the region of the surrounding portion 4 is set to the compression ratio 3, the region of the channel groove portion (double-sided channel groove portion) 2 has a cross-sectional area of 86.4 mm 2 at the time of filling. When the compression stroke is 3 mm, the cross-sectional area is 22.2 mm 2 , and the compression ratio of the flow channel groove portion 2 is 3.9 when the cross-sectional area is used as a reference. 30% excess compression ratio. Similarly, the region of the single-sided channel groove 6 has a compression ratio that is 10% excessive relative to the region of the surrounding portion 4.

つまり、図3に示す成形金型10の場合、セパレータ1の下面側では、囲繞部4の領域に対して、これと圧縮比が異なる片面流路溝部6の領域も両面流路溝部2の領域もともに、あらかじめh寸法分だけ断面積の調整が行われているのに対し、セパレータ1の上面側では、片面流路溝部6の領域のみならず両面流路溝部2の領域もともに、断面積の調整が行われない。   That is, in the case of the molding die 10 shown in FIG. 3, on the lower surface side of the separator 1, the region of the single-sided channel groove portion 6 having a different compression ratio from the region of the surrounding portion 4 is also the region of the double-sided channel groove portion 2. In both cases, the cross-sectional area is adjusted in advance by the dimension h, whereas on the upper surface side of the separator 1, not only the area of the single-sided channel groove part 6 but also the area of the double-sided channel groove part 2 are cross-sectional areas. Is not adjusted.

そこで、圧縮初期(圧縮開始時)に、必要な断面積の調整を、セパレータ1の下面側および上面側の両方で均等に行うことで、セパレータ1の密度の均一性を向上させることのできる成形金型について以下に説明する。   Therefore, in the initial stage of compression (at the start of compression), the required cross-sectional area is adjusted uniformly on both the lower surface side and the upper surface side of the separator 1 so that the density uniformity of the separator 1 can be improved. The mold will be described below.

図22は、この発明による燃料電池セパレータ1の製造方法に用いる成形金型の第2の実施形態を示す縦断面図であり、説明のため、実際の型開き状態よりも大きく開いて図示してある。また、囲繞部4に形成されるマニホルド5およびセパレータ1のスタック用貫通孔を形成する金型であるコアは省略してある。   FIG. 22 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of a molding die used in the method of manufacturing the fuel cell separator 1 according to the present invention. For the sake of explanation, FIG. is there. Further, the manifold 5 formed in the surrounding portion 4 and the core that is a mold for forming the through hole for stacking the separator 1 are omitted.

この成形金型110は、固定側ブロック120に設けられる下金型(下パンチ)121と、移動側ブロック140に設けられる上金型(上パンチ)141と、上下両金型141,121間に形成されるキャビティ150の外周を担う金型である枠体(ダイ)130とを備えている。枠体(ダイ)130も固定側ブロック120に設けられ、また、上金型(上パンチ)141は移動側ブロック140とともに、ラム圧力で作動されるようになっている。   The molding die 110 includes a lower die (lower punch) 121 provided on the fixed side block 120, an upper die (upper punch) 141 provided on the moving side block 140, and both upper and lower dies 141, 121. And a frame (die) 130 that is a mold that bears the outer periphery of the cavity 150 to be formed. A frame (die) 130 is also provided in the stationary block 120, and the upper mold (upper punch) 141 is operated together with the moving block 140 by ram pressure.

下金型(下パンチ)121は、セパレータ1の両面流路溝部2および片面流路溝部6のうち下面の流路溝部2,6領域の形状を形成する金型である下インナー金型(下インナーパンチ)122と、セパレータ1下面の囲繞部4領域の形状を形成する金型である下アウター金型(下アウターパンチ)125とに分割して構成してある。   The lower mold (lower punch) 121 is a lower inner mold (lower punch) that is a mold that forms the shape of the lower surface flow channel groove portions 2 and 6 of the double-sided flow channel groove portion 2 and the single-side flow channel groove portion 6 of the separator 1. (Inner punch) 122 and a lower outer mold (lower outer punch) 125 which is a mold for forming the shape of the surrounding portion 4 region on the lower surface of the separator 1.

また、下パンチ121は、下アウターパンチ125に対して下インナーパンチ122を、ストッパブロック123に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)124と、下インナーパンチ122に対して下アウターパンチ125を、ストッパブロック126に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)127とを備えている。   In addition, the lower punch 121 includes an operating member (actuator) 124 that allows the lower inner punch 122 to advance and retract so that the lower inner punch 122 abuts against the stopper block 123 with respect to the lower outer punch 125, and the lower outer punch 122 with respect to the lower inner punch 122. An actuating member (actuator) 127 is provided to advance and retract 125 so as to protrude until it abuts against the stopper block 126.

そして、アクチュエータ124による、下アウターパンチ125に対して下インナーパンチ122を突出させる作動力は、ラム圧力による圧縮工程終了時に下インナーパンチ122の突出が実質的に解消される程度の大きさに設定されるものである。   The operating force of the actuator 124 that causes the lower inner punch 122 to protrude with respect to the lower outer punch 125 is set to such a magnitude that the protrusion of the lower inner punch 122 is substantially eliminated at the end of the compression process due to the ram pressure. It is what is done.

さらに、下パンチ121は、型開き時に下インナーパンチ122に対して下アウターパンチ125を突出させる際、セパレータ1下面の流路溝部2,6が容易に離型するように、下インナーパンチ122と下アウターパンチ125との分割面から圧縮空気を噴出させる下パンチエアブロー用ライン128を備えている。   Further, the lower punch 121 is arranged so that when the mold is opened, the lower outer punch 125 protrudes from the lower inner punch 122 so that the channel grooves 2 and 6 on the lower surface of the separator 1 can be easily released. A lower punch air blow line 128 for ejecting compressed air from a split surface with the lower outer punch 125 is provided.

上金型(上パンチ)141は、セパレータ1の両面流路溝部2および片面流路溝部6のうち上面の流路溝部2,6領域の形状を形成する金型である上インナー金型(上インナーパンチ)142と、セパレータ1上面の囲繞部4領域の形状を形成する金型である上アウター金型(上アウターパンチ)145とに分割して構成してある。   The upper mold (upper punch) 141 is an upper inner mold (upper mold) that is a mold that forms the shape of the upper surface channel groove portions 2 and 6 of the double-sided channel groove portion 2 and the single-sided channel groove portion 6 of the separator 1. The inner punch 142 is divided into an upper outer mold (upper outer punch) 145 which is a mold for forming the shape of the surrounding portion 4 region on the upper surface of the separator 1.

また、上パンチ141は、上アウターパンチ145に対して上インナーパンチ142を、ストッパブロック143に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)144と、上インナーパンチ142に対して上アウターパンチ145を、ストッパブロック146に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)147とを備えている。   Further, the upper punch 141 has an operating member (actuator) 144 that allows the upper inner punch 142 to advance and retract so as to protrude until it comes into contact with the stopper block 143 with respect to the upper outer punch 145, and an upper outer punch 142 with respect to the upper inner punch 142. An actuating member (actuator) 147 is provided to advance and retract 145 until it abuts against the stopper block 146.

そして、アクチュエータ144による、上アウターパンチ145に対して上インナーパンチ142を突出させる作動力は、ラム圧力による圧縮行程終了時に上インナーパンチ142を突出が実質的に解消される程度の大きさに設定されるものである。   The operating force of the actuator 144 that causes the upper inner punch 142 to protrude with respect to the upper outer punch 145 is set to such a magnitude that the protrusion of the upper inner punch 142 is substantially eliminated at the end of the compression stroke by the ram pressure. It is what is done.

また、アクチュエータ147による、上インナーパンチ142に対して上アウターパンチ145を突出させるストローク、および、アクチュエータ127による、下インナーパンチ122に対して下アウターパンチ125を突出させるストロークは、セパレータ1表裏各面の流路溝部2,6の深さと実質的に同寸法よりやや大きく設定されるものである。   Further, the stroke of the upper outer punch 145 projecting from the upper inner punch 142 by the actuator 147 and the stroke of the lower outer punch 125 projecting from the lower inner punch 122 by the actuator 127 are the front and back surfaces of the separator 1. The channel groove portions 2 and 6 are set to be slightly larger than the same dimension as the depth.

さらに、上パンチ141は、型開き時に上インナーパンチ142に対して上アウターパンチ145を突出させる際、セパレータ1上面の流路溝部2,6が容易に離型するように、上インナーパンチ142と上アウターパンチ145との分割面から圧縮空気を噴出させる上パンチエアブロー用ライン148を備えている。   Further, the upper punch 141 is arranged so that the channel grooves 2 and 6 on the upper surface of the separator 1 are easily released when the upper outer punch 145 protrudes from the upper inner punch 142 when the mold is opened. An upper punch air blow line 148 for ejecting compressed air from a split surface with the upper outer punch 145 is provided.

枠体(ダイ)130は、その上面が下パンチ121の上面より低くなる位置から、ストッパブロック131に当接するまで突出可能に進退させる作動部材(アクチュエータ)132を備えている。   The frame (die) 130 is provided with an operating member (actuator) 132 that moves forward and backward so that the upper surface of the frame (die) is lower than the upper surface of the lower punch 121 until it contacts the stopper block 131.

この成形金型110は、図示しないプレス装置の機能および金型を保持するためのダイセット機能により、ダイ130および、下インナーパンチ122、下アウターパンチ125、上インナーパンチ142、上アウターパンチ145の各金型が圧縮成形方向に作動可能に保持される。そして、図22に矢印Pで示すように、セパレータ1の最大面積を有する平面部に対して垂直方向からの単軸成形により圧縮成形されるものである。   The molding die 110 has a die 130, a lower inner punch 122, a lower outer punch 125, an upper inner punch 142, and an upper outer punch 145 by a function of a pressing device (not shown) and a die setting function for holding the die. Each mold is operably held in the compression molding direction. And as shown by the arrow P in FIG. 22, it is compression-molded by the uniaxial molding from a perpendicular direction with respect to the plane part which has the largest area of the separator 1. FIG.

なお、図22に示す金型構成は一例であり、セパレータ1の両面流路溝部2および片面流路溝部6に形成されている流路溝3の深さ、幅、ピッチにより、下パンチ121、上パンチ141の一部の作動を省略することも可能である。また、セパレータ1の形状により、任意の金型分割位置、任意の金型構成数で対応することができる。   Note that the mold configuration shown in FIG. 22 is an example, and depending on the depth, width, and pitch of the channel grooves 3 formed in the double-sided channel groove portion 2 and the single-sided channel groove portion 6 of the separator 1, the lower punch 121, It is also possible to omit part of the operation of the upper punch 141. Further, depending on the shape of the separator 1, it is possible to cope with any mold dividing position and any number of mold configurations.

この発明による成形金型110は、上記のように、セパレータ1の両面流路溝部2領域および片面流路溝部6領域と囲繞部4領域とにパンチが分割された構造を有しているため、以下のような成形プロセスが可能である。   Since the molding die 110 according to the present invention has a structure in which the punch is divided into the double-sided channel groove portion 2 region and the single-sided channel groove portion 6 region and the surrounding portion 4 region of the separator 1 as described above. The following molding process is possible.

粉末材料を用いた圧縮成形においては、圧縮成形品の目標密度と材料の嵩密度との比率を圧縮比として、キャビティ150への材料充填量を決定する。特に、流動性の悪い材料の場合は、成形品の部分的な圧縮比のバラツキはそのまま密度のバラツキとなり、大きな品質の低下となる。粉末材料の圧縮プレス成形法における充填方法は、ダイ上面を基準として余剰に投入した材料を排除し、充填量のバラツキを抑えるのが一般的である。   In compression molding using a powder material, the material filling amount in the cavity 150 is determined using the ratio between the target density of the compression molded product and the bulk density of the material as the compression ratio. In particular, in the case of a material having poor fluidity, the variation in the partial compression ratio of the molded product becomes the variation in density as it is, and the quality is greatly deteriorated. The filling method in the powder material compression press molding method generally eliminates excessively charged material with reference to the upper surface of the die and suppresses variation in the filling amount.

図23は、成形金型110のキャビティ150に粉末材料を充填した状態を示す要部の縦断面図である。   FIG. 23 is a longitudinal sectional view of the main part showing a state where the cavity 150 of the molding die 110 is filled with a powder material.

図24は、圧縮成形品であるセパレータ1の縦断面図を示す。なお、図23と図24の断面位置は同一位置である。   FIG. 24 shows a longitudinal sectional view of the separator 1 which is a compression molded product. 23 and 24 are the same cross-sectional position.

この発明による成形金型110を用いた製造プロセスにおいて、目標密度と粉末材料の嵩密度との比率つまり圧縮比を3と仮定したとき、セパレータ1の囲繞部4領域の断面積Soutは、製品厚さがTmmであるから、ダイ130を下パンチ121上面から3×Tmm上昇させることにより3×Soutの断面積をもつ空間を設ければ、適性な材料が充填される。 In the manufacturing process using the molding die 110 according to the present invention, when the ratio between the target density and the bulk density of the powder material, that is, the compression ratio is assumed to be 3, the cross-sectional area S out of the surrounding portion 4 region of the separator 1 is since thickness is Tmm, by providing a space having a sectional area of 3 × S out by causing the die 130 is 3 × Tmm rise from the lower punch 121 top, proper material is filled.

このとき下アウターパンチ125上面は平坦であるため、理想的な材料の充填が可能である。   At this time, since the upper surface of the lower outer punch 125 is flat, an ideal material can be filled.

これに対し、セパレータ1の両面流路溝部2領域および片面流路溝部6領域の断面積Sinは、ダイ130を3×Tmm上昇させると、流路溝3を形成するための金型凸部の断面積の形成に相当する材料が余剰となり、両面流路溝部2領域および片面流路溝部6領域に充填される材料は3×Sinを超えてしまう。 On the other hand, the cross-sectional area Sin of the double-sided channel groove portion 2 region and the single-sided channel groove portion 6 region of the separator 1 is that of the mold convex portion for forming the channel groove 3 when the die 130 is raised by 3 × T mm. material corresponding to the formation of cross-sectional area becomes surplus material filled on both sides flow passage groove part 2 area and one side flow passage groove part 6 area exceeds 3 × S in.

そこで、この発明による成形金型110を用いた製造プロセスでは、その余剰な材料充填を防止するため、上パンチ141側および下パンチ121側の流路溝3が形成される空間をつぎのようにして減少させることができるので、3×Sinの断面積に調整することが可能である。   Therefore, in the manufacturing process using the molding die 110 according to the present invention, in order to prevent the excessive filling of the material, the space in which the flow channel 3 on the upper punch 141 side and the lower punch 121 side is formed is as follows. Therefore, the cross-sectional area can be adjusted to 3 × Sin.

すなわち、セパレータ1の上パンチ側流路溝3を形成する上インナーパンチ142を、上パンチ側囲繞部4を形成する上アウターパンチ145に対して、所定のHu寸法分だけ突出(下降)させ、上パンチ側流路溝3に相当する材料充填量を減少させる。   That is, the upper inner punch 142 forming the upper punch side passage groove 3 of the separator 1 is protruded (lowered) by a predetermined Hu dimension with respect to the upper outer punch 145 forming the upper punch side surrounding portion 4, The material filling amount corresponding to the upper punch side channel groove 3 is reduced.

同様に、セパレータ1の下パンチ側流路溝3を形成する下インナーパンチ122を、下パンチ側囲繞部4を形成する下アウターパンチ125に対して、所定のHl寸法分だけ突出(上昇)させ、下パンチ側流路溝3に相当する材料充填量を減少させる。   Similarly, the lower inner punch 122 that forms the lower punch side passage groove 3 of the separator 1 is protruded (raised) by a predetermined H1 dimension with respect to the lower outer punch 125 that forms the lower punch side surrounding portion 4. The material filling amount corresponding to the lower punch side passage groove 3 is reduced.

さらに、上パンチ側流路溝3を形成する上インナーパンチ142を突出(下降)させたHu寸法分を、下インナーパンチ122の突出(上昇)分に加算することによって、上パンチ141側および下パンチ121側の流路溝3が形成される空間を(Hu+Hl)寸法分だけ減少させる。   Further, by adding the Hu dimension of the upper inner punch 142 that protrudes (lowers) forming the upper punch side flow channel groove 3 to the protrusion (upward) of the lower inner punch 122, the upper punch 141 side and lower The space in which the flow channel 3 on the punch 121 side is formed is reduced by the (Hu + Hl) dimension.

しかも、この(Hu+Hl)寸法は任意に調整可能であるから、囲繞部4であるSout部の密度に対して、流路溝部2,6であるSin部の密度を相対的にコントロール可能である。双方の密度を均一にすることができるし、もし必要であるなら、流路溝部2,6の密度を囲繞部4の密度に対して増減することもできる。 Moreover, since the (Hu + Hl) dimension is arbitrarily adjustable with respect to the density of S out portion is a surrounding section 4, the density of S in part a flow path groove 2,6 relatively controllable and is there. Both densities can be made uniform, and if necessary, the density of the channel grooves 2 and 6 can be increased or decreased relative to the density of the surrounding part 4.

図25〜図28は、この発明による成形金型110を用いた燃料電池セパレータの製造方法において圧縮成形の過程を示し、図25は充填調整前の状態、図26は充填調整後の圧縮直前の状態、図27は圧縮初期の状態、図28は圧縮完了の状態を示す縦断面図である。   FIGS. 25 to 28 show the process of compression molding in the method of manufacturing a fuel cell separator using the molding die 110 according to the present invention, FIG. 25 is the state before filling adjustment, and FIG. 26 is the state just before compression after filling adjustment. FIG. 27 is a longitudinal sectional view showing the state, FIG. 27 is a state in the initial stage of compression, and FIG.

セパレータ1全体の密度バラツキを低減するには、圧縮工程中に、材料充填量の少ない流路溝部2,6領域の圧縮速度と、囲繞部4領域の圧縮速度とを均等に、つまり圧縮開始から圧縮完了までの工程をほぼ同時に終了させることで、領域2,6と領域4の双方の品質バラツキをなくすことができる。   In order to reduce the density variation of the separator 1 as a whole, during the compression process, the compression speed of the flow path groove portions 2 and 6 region with a small amount of material filling and the compression speed of the surrounding portion 4 region are equalized, that is, from the start of compression. By ending the process up to the completion of compression almost simultaneously, it is possible to eliminate quality variations in both the areas 2 and 6 and the area 4.

具体的には、下インナーパンチ122は空圧、油圧、バネ、電動モータ等のアクチュエータ124の駆動力によって、上ラムの圧縮力よりも小さな保持力でフロートされて、上パンチ141側の圧縮力に応じて下降できる状態、または上パンチ141側よりやや遅い速度で下降させることが好ましい。   Specifically, the lower inner punch 122 is floated with a holding force smaller than the compressive force of the upper ram by the driving force of the actuator 124 such as air pressure, hydraulic pressure, a spring, and an electric motor, and the compressive force on the upper punch 141 side. It is preferable to descend at a slightly slower speed than the upper punch 141 side.

同様に、上インナーパンチ142は空圧、油圧、バネ、電動モータ等のアクチュエータ144の駆動力によって、上ラムの圧縮力よりも小さな保持力で圧縮方向にフロートされて、上パンチ141側の圧縮力に応じて相対的に上昇できる状態、または、下インナーパンチ122の下降速度とほぼ同じ速度で相対的に上昇させることが好ましい。   Similarly, the upper inner punch 142 is floated in the compression direction with a holding force smaller than the compression force of the upper ram by the driving force of the actuator 144 such as pneumatic, hydraulic, spring, electric motor, etc., and compressed on the upper punch 141 side. It is preferable to relatively raise at a state where it can be relatively raised according to the force, or at substantially the same speed as the lowering speed of the lower inner punch 122.

その結果、充填量が少ない領域つまり圧縮ストロークが短い領域でも、圧縮速度を遅らせることができる。   As a result, the compression speed can be delayed even in a region where the filling amount is small, that is, a region where the compression stroke is short.

図26は、セパレータ1の断面形状にかかわらず、均等な圧縮比を可能とするための充填量を、キャビティ150に確保した充填調整後・圧縮直前の状態を示す。このとき、下インナーパンチ122は、下アウターパンチ125に対して(Hu+Hl)寸法分だけ突出(上昇)させた位置にある。一方、上インナーパンチ142は、上アウターパンチ145に対してHu寸法分だけ突出(下降)させた位置にある。そして、上パンチ141は、圧縮直前に、上インナーパンチ142の下端が、キャビティ150に充填された粉末材料の上面に接する高さにある。   FIG. 26 shows a state after filling adjustment and immediately before compression in which the filling amount for enabling a uniform compression ratio is ensured in the cavity 150 regardless of the cross-sectional shape of the separator 1. At this time, the lower inner punch 122 is in a position protruding (raised) by (Hu + Hl) dimensions with respect to the lower outer punch 125. On the other hand, the upper inner punch 142 is in a position protruding (lowered) by the Hu dimension with respect to the upper outer punch 145. The upper punch 141 is at a height at which the lower end of the upper inner punch 142 is in contact with the upper surface of the powder material filled in the cavity 150 immediately before compression.

図27は、圧縮初期の状態を示す。ここで、図26に示す状態から図27に示す状態への移行について説明する。すなわち、この移行時、上パンチ141側(上ラム)の圧縮力により、上アウターパンチ145の下面が、キャビティ150に充填された粉末材料の上面に接する高さまで下降させる。このとき、アクチュエータ144の駆動力は維持したまま、アクチュエータ124の駆動力を低減させて、上インナーパンチ142が、キャビティ150に充填された粉末材料を下方へ押圧する押圧力に追従して、下インナーパンチ122を下降させる。   FIG. 27 shows the initial state of compression. Here, the transition from the state shown in FIG. 26 to the state shown in FIG. 27 will be described. That is, at the time of this transition, the lower surface of the upper outer punch 145 is lowered to a height in contact with the upper surface of the powder material filled in the cavity 150 by the compressive force on the upper punch 141 side (upper ram). At this time, while the driving force of the actuator 144 is maintained, the driving force of the actuator 124 is reduced, and the upper inner punch 142 follows the pressing force pressing the powder material filled in the cavity 150 downward, and lowers the driving force. The inner punch 122 is lowered.

これにより、図27に示すように、上インナーパンチ142が、キャビティ150に充填された粉末材料の上面からHu寸法分だけ突出(下降)した位置にあり、一方、下インナーパンチ122が、キャビティ150に充填された粉末材料の底面からHl寸法分だけ突出(上昇)した位置にある状態となる。   Accordingly, as shown in FIG. 27, the upper inner punch 142 is in a position protruding (lowering) by the Hu dimension from the upper surface of the powder material filled in the cavity 150, while the lower inner punch 122 is in the cavity 150. It is in a state where it protrudes (rises) by the amount of H1 from the bottom surface of the powder material filled in.

すなわち、キャビティ150に充填された粉末材料の上面側における上パンチ141の状態(上アウターパンチ145に対する上インナーパンチ142の突出量:Hu)と、キャビティ150に充填された粉末材料の下面側における下パンチ121の状態(下アウターパンチ125に対する下インナーパンチ122の突出量:Hl)とが、互いに一致する。   That is, the state of the upper punch 141 on the upper surface side of the powder material filled in the cavity 150 (the protruding amount of the upper inner punch 142 with respect to the upper outer punch 145: Hu), and the lower surface on the lower surface side of the powder material filled in the cavity 150 The state of the punch 121 (the amount of protrusion of the lower inner punch 122 with respect to the lower outer punch 125: Hl) coincides with each other.

そして、この状態から、上パンチ141側(上ラム)の圧縮力による粉末材料の圧縮工程が実質的に開始される。この圧縮工程において、囲繞部4領域は、上ラムの圧縮力を直接受けて圧縮成形される一方、流路溝部2,6領域の下インナーパンチ122は下降(後退)しながら、上インナーパンチ142は相対的に上昇しながら、圧縮成形される。   And from this state, the compression process of the powder material by the compression force on the upper punch 141 side (upper ram) is substantially started. In this compression step, the surrounding portion 4 area is compression-molded by directly receiving the compressive force of the upper ram, while the lower inner punch 122 of the flow path groove portions 2 and 6 is lowered (retracted) while the upper inner punch 142 Is compressed while being relatively raised.

図28は、圧縮完了状態を示す。下インナーパンチ122は、アクチュエータ124による保持力よりも大きな上ラムのプレス圧縮力によって、下降限位置、すなわち下アウターパンチ125と面一状態(または所定の位置)にある。また、上インナーパンチ142は、アクチュエータ144による保持力よりも大きな上ラムのプレス圧縮力によって、上昇限位置、すなわち上アウターパンチ145と面一状態(または所定の位置)にある。そして、セパレータ1が成形される。   FIG. 28 shows the compression completion state. The lower inner punch 122 is in the lower limit position, that is, in a state flush with the lower outer punch 125 (or a predetermined position) by the press compression force of the upper ram larger than the holding force by the actuator 124. Further, the upper inner punch 142 is in the ascending limit position, that is, flush with the upper outer punch 145 (or a predetermined position) by the press compression force of the upper ram larger than the holding force by the actuator 144. And the separator 1 is shape | molded.

この発明による成形金型110を用いた製造プロセスにおいて、成形後の製品取り出しの過程については、第1の実施形態の場合と同様であるので、図示およびその説明は省略する。すなわち、成形後の製品取り出しの過程において、取り出し直前の状態は図10を参照し、流路溝部を抜き出す状態は図11を参照し、ダイが下降した状態は図12を参照し、型開き完了の状態は図13を参照することで理解される。これらの図10〜図13を、各符号に100を加えた符号を用いて参照すれば、一層容易に理解される。   In the manufacturing process using the molding die 110 according to the present invention, the process of taking out the product after molding is the same as in the case of the first embodiment, and therefore illustration and description thereof are omitted. That is, in the process of taking out the product after molding, refer to FIG. 10 for the state immediately before taking out, refer to FIG. 11 for the state of extracting the channel groove, and refer to FIG. This state can be understood with reference to FIG. These FIGS. 10 to 13 can be understood more easily by referring to the reference numerals obtained by adding 100 to each reference numeral.

この第2の実施形態の成形金型110を用いて燃料電池セパレータ1を製造した場合は、第1の実施形態の成形金型10を用いて燃料電池セパレータ1を製造した場合に比べて、セパレータ1の密度の均一性を一層向上させることができる。   When the fuel cell separator 1 is manufactured using the molding die 110 according to the second embodiment, the separator is compared with the case where the fuel cell separator 1 is manufactured using the molding die 10 according to the first embodiment. The uniformity of the density of 1 can be further improved.

以下、この第2の実施形態の成形金型110を用いて、この発明による製造方法により圧縮成形される燃料電池セパレータの成形プロセスについて具体的に説明する。但し、この発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the molding process of the fuel cell separator that is compression-molded by the manufacturing method according to the present invention using the molding die 110 of the second embodiment will be specifically described. However, the present invention is not limited to these examples.

(1)セパレータ1の形状は、縦150mm、横100mm、厚さ2mm(または2.5mm)、ガス流路溝3は幅1mm、深さ0.5mm、ピッチは2mmで12列、表裏各面の中央に配置される。 (1) The shape of the separator 1 is 150 mm in length, 100 mm in width, 2 mm in thickness (or 2.5 mm), the gas channel groove 3 is 1 mm in width, 0.5 mm in depth, and the pitch is 2 mm. Placed in the center of

(2)粉末材料は灰分0.15%、平均粒子径φ30μmの球状天然黒鉛(または同様の人造黒鉛)80wt%、樹脂系バインダはレゾール型フェノール20wt%の混合物を使用した。嵩密度は0.65g/cmである。 (2) The powder material used was a mixture of 0.15% ash, 80 wt% spherical natural graphite (or similar artificial graphite) having an average particle diameter of 30 μm, and the resin binder was a 20 wt% resol type phenol. The bulk density is 0.65 g / cm 3 .

(3)圧縮成形装置は上ラム下降型400トン油圧プレスを用いた。ダイ130、上アウターパンチ145、上インナーパンチ142、下アウターパンチ125、下インナーパンチ122はダイセット内に設けられた油圧を駆動源とするシリンダによって作動し、作動ストロークはダイセット内に設けられたストロークエンドブロックにより決定される。 (3) An upper ram descending type 400-ton hydraulic press was used as the compression molding apparatus. The die 130, the upper outer punch 145, the upper inner punch 142, the lower outer punch 125, and the lower inner punch 122 are operated by a cylinder that uses hydraulic pressure provided in the die set as a driving source, and the operation stroke is provided in the die set. Determined by the stroke end block.

また、各金型の作動タイミングは、上ラムストロークにおける位置をリニアゲージで検出し、その電圧信号をトリガとしたシーケンス制御により油圧バルブを切り替え、各作動をコントロールした。   The operation timing of each mold was controlled by detecting the position in the upper ram stroke with a linear gauge and switching the hydraulic valve by sequence control using the voltage signal as a trigger.

(4)セパレータ1としての性能が得られる密度1.95g/cmを目標として、粉末材料の嵩密度0.65g/cmであるから基準圧縮比は3とした。よって、セパレータ1の囲繞部4領域の材料充填量は2mm×3より6mmに設定した。 (4) as the target density 1.95 g / cm 3 which performance can be obtained as a separator 1, the reference compression ratio because it is bulk density 0.65 g / cm 3 of the powder material was 3. Therefore, the material filling amount of the surrounding part 4 region of the separator 1 was set to 6 mm from 2 mm × 3.

流路溝部2,6領域はセパレータ1の断面積とキャビティ150の空間断面積との比率が1:3となるように、上面側流路溝部2は0.9mm、下面側流路溝部2も0.9mmを減ずる必要があるので、上アウターパンチ145に対する上インナーパンチ142の突出量(下降量)は0.9mmに設定し、一方、下アウターパンチ125に対する下インナーパンチ122の突出量(上昇量)も0.9mmに設定した。   In the channel groove portions 2 and 6, the upper surface side channel groove portion 2 is 0.9 mm and the lower surface side channel groove portion 2 is also set so that the ratio of the sectional area of the separator 1 to the space sectional area of the cavity 150 is 1: 3. Since it is necessary to reduce 0.9 mm, the protruding amount (lowering amount) of the upper inner punch 142 with respect to the upper outer punch 145 is set to 0.9 mm, while the protruding amount (upward) of the lower inner punch 122 with respect to the lower outer punch 125 is set. Amount) was also set to 0.9 mm.

そして、前記上インナーパンチ142の突出量0.9mmを加算して、下インナーパンチ122を合計1.8mm突出させることにより、流路溝部2領域の材料充填量は6mm−1.8mmより4.2mmに設定した。   Then, by adding the projecting amount of 0.9 mm of the upper inner punch 142 and projecting the lower inner punch 122 by a total of 1.8 mm, the material filling amount of the flow channel groove part 2 region is 4 mm to 4 mm. Set to 2 mm.

(5)金型温度は流動性を向上させるため60℃に加熱し、前記の油圧プレス装置により125トンで15秒間、圧縮した。 (5) The mold temperature was heated to 60 ° C. in order to improve fluidity, and compressed by 125 tons for 15 seconds by the hydraulic press device.

(6)圧縮成形完了後、上アウターパンチ145、下アウターパンチ125がセパレータ1を押し出す方向に作動するように油圧バルブを開く。同時に離型用エアーブローを各アウターパンチ145,125と各インナーパンチ142,122の分割部より噴出する。 (6) After the compression molding is completed, the hydraulic valve is opened so that the upper outer punch 145 and the lower outer punch 125 operate in the direction in which the separator 1 is pushed out. At the same time, release air blow is ejected from the divided portions of the outer punches 145 and 125 and the inner punches 142 and 122.

この状態を保持したままプレス上部ラムを1mm上昇させると、それぞれ0.5mmの作動ストロークを設定している上アウターパンチ145、下アウターパンチ124はセパレータ1を挟んだ状態のまま、上インナーパンチ142、下インナーパンチ122はセパレータ1の流路溝部2から抜き出される。   When the upper ram of the press is raised by 1 mm while maintaining this state, the upper outer punch 145 and the lower outer punch 124, each of which has an operating stroke of 0.5 mm, remain sandwiched between the upper inner punch 142 and the upper outer punch 145. The lower inner punch 122 is extracted from the flow channel groove 2 of the separator 1.

その後直ちにダイ130を油圧駆動により下降させ、セパレータ1外周部を抜き出す。その後、上部ラムを上昇させることによりセパレータ1の取り出しが完了となる。   Immediately thereafter, the die 130 is lowered by hydraulic drive, and the outer periphery of the separator 1 is extracted. Thereafter, the removal of the separator 1 is completed by raising the upper ram.

(7)この実施例の場合も、実施例1と同様に、図14に示すようなキャビティ圧力推移が得られ、囲繞部4領域と流路溝部2,6領域の圧力状態はほぼ均等となっている。それぞれの領域での密度も囲繞部1.97g/cm、流路溝部1.95g/cmであり均等な品質といえる。 (7) In the case of this embodiment as well, the cavity pressure transition as shown in FIG. 14 is obtained as in the first embodiment, and the pressure state in the surrounding portion 4 region and the flow channel groove portions 2 and 6 regions becomes substantially equal. ing. The density in each region is also 1.97 g / cm 3 for the surrounding portion and 1.95 g / cm 3 for the channel groove portion.

また、図15に示すような製品形状が得られ、金型形状は精度良く転写され、無理のない製品取り出しであることがわかる。   Further, a product shape as shown in FIG. 15 is obtained, and the mold shape is transferred with high accuracy, and it can be seen that product removal is easy.

この発明による燃料電池セパレータの一実施形態を示す(a)正面図および(b)背面図である。It is (a) front view and (b) back view which show one Embodiment of the fuel cell separator by this invention. 図1のII−II線に沿ってとられた(a)断面図および(b)A部の拡大図である。It is (a) sectional drawing taken along the II-II line of FIG. 1, and (b) The enlarged view of the A section. この発明による燃料電池セパレータの成形金型の第1の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 1st Embodiment of the shaping die of the fuel cell separator by this invention. 成形金型のキャビティに粉末材料を充填した状態を示す要部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the principal part which shows the state which filled the powder material in the cavity of the shaping die. 圧縮成形品であるセパレータの縦断面図を示す。The longitudinal cross-sectional view of the separator which is a compression molded product is shown. この発明による燃料電池セパレータの製造方法において圧縮成形の過程における充填調整前の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state before the filling adjustment in the process of compression molding in the manufacturing method of the fuel cell separator by this invention. 圧縮成形の過程における充填調整後の圧縮直前の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state just before compression after the filling adjustment in the process of compression molding. 圧縮成形の過程における圧縮工程中間の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state in the middle of the compression process in the process of compression molding. 圧縮成形の過程における圧縮完了の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state of the completion of compression in the process of compression molding. 成形後の製品取り出しの過程における取り出し直前の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state just before taking out in the process of taking out the product after shaping | molding. 成形後の製品取り出しの過程における流路溝部を抜き出す状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which extracts the flow-path groove part in the process of the product taking-out after shaping | molding. 成形後の製品取り出しの過程におけるダイが下降した状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which the die | dye in the process of taking out the product after shaping | molding fell. 成形後の製品取り出しの過程における型開き完了の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state of the completion | finish of mold opening in the process of the product taking-out after shaping | molding. この発明により製造された燃料電池セパレータの品質を示すグラフである。It is a graph which shows the quality of the fuel cell separator manufactured by this invention. 図14の燃料電池セパレータの状態図である。FIG. 15 is a state diagram of the fuel cell separator of FIG. 14. 従来技術により製造された燃料電池セパレータの品質を示すグラフである。It is a graph which shows the quality of the fuel cell separator manufactured by the prior art. 図16の燃料電池セパレータの状態図である。FIG. 17 is a state diagram of the fuel cell separator of FIG. 16. 従来の圧縮成形における充填時の断面積と圧縮後の断面積を示した模式図ある。It is the schematic diagram which showed the cross-sectional area at the time of filling in the conventional compression molding, and the cross-sectional area after compression. この発明による燃料電池セパレータの他の実施形態を示す(a)正面図および(b)背面図である。It is (a) front view and (b) rear view which show other embodiment of the fuel cell separator by this invention. 図19のXX−XX線に沿ってとられた断面図である。It is sectional drawing taken along the XX-XX line of FIG. 図20の(a)A部の拡大図、(b)B部の拡大図および(c)C部の拡大図である。It is the enlarged view of the (a) A part of FIG. 20, (b) the enlarged view of the B part, and (c) the enlarged view of the C part. この発明による燃料電池セパレータの成形金型の第2の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Embodiment of the shaping die of the fuel cell separator by this invention. 成形金型のキャビティに粉末材料を充填した状態を示す要部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the principal part which shows the state which filled the powder material in the cavity of the shaping die. 圧縮成形品であるセパレータの縦断面図を示す。The longitudinal cross-sectional view of the separator which is a compression molded product is shown. この発明による燃料電池セパレータの製造方法において圧縮成形の過程における充填調整前の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state before the filling adjustment in the process of compression molding in the manufacturing method of the fuel cell separator by this invention. 圧縮成形の過程における充填調整後の圧縮直前の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state just before compression after the filling adjustment in the process of compression molding. 圧縮成形の過程における圧縮初期の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state of the compression initial stage in the process of compression molding. 圧縮成形の過程における圧縮完了の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state of the completion of compression in the process of compression molding.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池セパレータ
2 流路溝部(両面流路溝部)
3 流路溝
4 囲繞部
5 マニホルド
6 片面流路溝部
10,110 成形金型
20,120 固定側ブロック
21,121 下パンチ(下金型)
22,122 下インナーパンチ(下インナー金型)
23,123 ストッパブロック
24,124 アクチュエータ(作動部材)
25,125 下アウターパンチ(下アウター金型)
26,126 ストッパブロック
27,127 アクチュエータ(作動部材)
28,128 下パンチエアブロー用ライン
30,130 ダイ(枠体)
31,131 ストッパブロック
32,132 アクチュエータ(作動部材)
40,140 移動側ブロック
41,141 上パンチ(上金型)
42,142 上インナーパンチ(上インナー金型)
43,143 ストッパブロック
144 アクチュエータ(作動部材)
45,145 上アウターパンチ(上アウター金型)
46,146 ストッパブロック
47,147 アクチュエータ(作動部材)
48,148 上パンチエアブロー用ライン
50,150 キャビティ
1 Fuel cell separator 2 Channel groove (double-sided channel groove)
3 Channel groove 4 Enclosure 5 Manifold 6 Single-sided channel groove 10, 110 Molding die 20, 120 Fixed side block 21, 121 Lower punch (lower die)
22,122 Lower inner punch (lower inner mold)
23, 123 Stopper block 24, 124 Actuator (actuating member)
25,125 Lower outer punch (lower outer mold)
26, 126 Stopper block 27, 127 Actuator (actuating member)
28,128 Lower punch air blow line 30,130 Die (frame)
31, 131 Stopper block 32, 132 Actuator (actuating member)
40,140 Moving block 41,141 Upper punch (upper die)
42,142 Upper inner punch (Upper inner mold)
43,143 Stopper block 144 Actuator (actuating member)
45,145 Upper outer punch (Upper outer mold)
46,146 Stopper block 47,147 Actuator (actuating member)
48,148 Upper punch air blow line 50,150 Cavity

Claims (6)

金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで、少なくとも片面に流路溝部および囲繞部を有する燃料電池セパレータを製造する製造方法であって、
一方の金型と、前記片面側に位置し、かつ、前記流路溝部に対応するインナー金型と前記囲繞部に対応するアウター金型とに分割された他方の金型とによる圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように、前記インナー金型に対して前記アウター金型を突出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。
A method of manufacturing a fuel cell separator having a flow channel groove portion and an surrounding portion on at least one side by compression molding a powdery material using a mold,
After compression molding by one mold and the other mold located on the one side and divided into an inner mold corresponding to the flow channel groove and an outer mold corresponding to the surrounding part, A fuel cell separator, wherein the outer mold protrudes from the inner mold so that the flow path groove part is released prior to the surrounding part when the mold is opened for taking out a molded product. Manufacturing method.
金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで、少なくとも片面に流路溝部および囲繞部を有する燃料電池セパレータを製造する製造方法であって、
一方の金型と、前記片面側に位置し、かつ、前記流路溝部に対応するインナー金型と前記囲繞部に対応するアウター金型とに分割された他方の金型と、前記両金型間に形成されるキャビティの外周を担う枠体とによる圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように、前記インナー金型に対して前記アウター金型を突出させ、
前記流路溝部が離型し、かつ、前記囲繞部が離型しない状態で、前記枠体を移動させて成形品の外周を当該枠体から解放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。
A method of manufacturing a fuel cell separator having a flow channel groove portion and an surrounding portion on at least one side by compression molding a powdery material using a mold,
One mold, the other mold that is located on one side and is divided into an inner mold corresponding to the flow channel groove and an outer mold corresponding to the surrounding part, and the both molds The inner mold so that the flow channel groove part is released prior to the surrounding part at the time of mold opening for taking out a molded product after compression molding with a frame body that bears the outer periphery of the cavity formed therebetween Project the outer mold against
A method of manufacturing a fuel cell separator, wherein the outer periphery of a molded product is released from the frame body by moving the frame body in a state where the flow channel groove portion is released and the surrounding portion is not released. .
前記型開き時に、前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように前記インナー金型に対して前記アウター金型を突出させる際、前記流路溝部が容易に離型するように、前記インナー金型と前記アウター金型との分割面から圧縮空気を噴出させることを特徴とする請求項または請求項記載の燃料電池セパレータの製造方法。 When the mold is opened, when the outer mold is protruded from the inner mold so that the flow path groove part is released prior to the surrounding part, the flow path groove part is easily released from the mold. The method for producing a fuel cell separator according to claim 1 or 2 , wherein compressed air is ejected from a dividing surface of the inner mold and the outer mold. 金型を用いて粉体状材料を圧縮成形することで、表裏各面に流路溝部および囲繞部を有する燃料電池セパレータを製造する製造方法であって、
前記流路溝部に対応する上インナー金型および下インナー金型と、前記囲繞部に対応する上アウター金型および下アウター金型とに分割された上金型および下金型による圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、表裏各面の前記囲繞部に先行して前記流路溝部が離型するように、前記上インナー金型および前記下インナー金型に対して、前記上アウター金型および前記下アウター金型を突出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。
A method of manufacturing a fuel cell separator having a flow channel groove portion and a surrounding portion on both front and back surfaces by compression molding a powdery material using a mold,
After compression molding with an upper mold and a lower mold divided into an upper inner mold and a lower inner mold corresponding to the flow path groove part, and an upper outer mold and a lower outer mold corresponding to the surrounding part, When opening the mold for taking out a molded product, the upper outer mold and the lower inner mold are separated from the upper outer mold so that the flow channel groove part is released prior to the surrounding parts on the front and back surfaces. A method for producing a fuel cell separator, wherein a mold and the lower outer mold are projected.
前記上金型および前記下金型と、前記両金型間に形成されるキャビティの外周を担う枠体とによる圧縮成形後、成形品取り出しのための型開き時に、前記上インナー金型および前記下インナー金型に対して、前記上アウター金型および前記下アウター金型を突出させ、
表裏各面の前記流路溝部が離型し、かつ、表裏各面の前記囲繞部が離型しない状態で、前記枠体を移動させて成形品の外周を当該枠体から解放させることを特徴とする請求項記載の燃料電池セパレータの製造方法。
After compression molding with the upper mold and the lower mold, and a frame that bears the outer periphery of the cavity formed between the two molds, when the mold is opened for taking out a molded product, the upper inner mold and the mold For the lower inner mold, the upper outer mold and the lower outer mold are projected,
The outer periphery of the molded product is released from the frame body by moving the frame body in a state in which the flow channel grooves on the front and back surfaces are released and the surrounding portions on the front and back surfaces are not released. The method for producing a fuel cell separator according to claim 4 .
前記型開き時に、前記上インナー金型および前記下インナー金型に対して前記上アウター金型および前記下アウター金型を突出させる際、表裏各面の前記流路溝部が容易に離型するように、前記上インナー金型および前記下インナー金型と前記上アウター金型および前記下アウター金型との分割面から圧縮空気を噴出させることを特徴とする請求項または請求項記載の燃料電池セパレータの製造方法。 When the mold is opened, when the upper outer mold and the lower outer mold protrude from the upper inner mold and the lower inner mold, the flow channel grooves on the front and back surfaces are easily released. to claim 4 or claim 5 fuel, wherein the ejecting the compressed air from the dividing plane between the upper inner die and the upper outer die and said lower outer mold and the lower inner mold A method for producing a battery separator.
JP2006143956A 2005-05-25 2006-05-24 Fuel cell separator molding die, fuel cell separator manufacturing method, and fuel cell separator Active JP3981695B2 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006143956A JP3981695B2 (en) 2005-05-25 2006-05-24 Fuel cell separator molding die, fuel cell separator manufacturing method, and fuel cell separator
KR1020077025992A KR20070120588A (en) 2005-05-25 2006-05-25 Molding die for fuel cell separator, method of manufacturing fuel cell separator, and fuel cell separator
PCT/JP2006/310455 WO2006126638A1 (en) 2005-05-25 2006-05-25 Molding die for fuel cell separator, method of manufacturing fuel cell separator, and fuel cell separator
US11/920,745 US20090117441A1 (en) 2005-05-25 2006-05-25 Molding Die for Fuel Cell Bipolar Plate, Manufacturing Method of Fuel Cell Bipolar Plate, and Fuel Cell Bipolar Plate
CA002609460A CA2609460A1 (en) 2005-05-25 2006-05-25 Molding die for fuel cell bipolar plate, manufacturing method of fuel cell bipolar plate, and fuel cell bipolar plate
EP06746834A EP1919014A1 (en) 2005-05-25 2006-05-25 Molding die for fuel cell separator, method of manufacturing fuel cell separator, and fuel cell separator
TW095118602A TW200703758A (en) 2005-05-25 2006-05-25 Molding die for fuel cell separator, method of manufacturing fuel cell separator, and fuel cell separator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005152879 2005-05-25
JP2006143956A JP3981695B2 (en) 2005-05-25 2006-05-24 Fuel cell separator molding die, fuel cell separator manufacturing method, and fuel cell separator

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007135806A Division JP2007283770A (en) 2005-05-25 2007-05-22 Molding die for fuel cell separator, manufacturing method of fuel cell separator, and fuel cell separator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007001303A JP2007001303A (en) 2007-01-11
JP3981695B2 true JP3981695B2 (en) 2007-09-26

Family

ID=37687308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006143956A Active JP3981695B2 (en) 2005-05-25 2006-05-24 Fuel cell separator molding die, fuel cell separator manufacturing method, and fuel cell separator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3981695B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012115892A (en) * 2010-12-03 2012-06-21 Kao Corp Method for manufacturing powder compact

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007001303A (en) 2007-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1919014A1 (en) Molding die for fuel cell separator, method of manufacturing fuel cell separator, and fuel cell separator
JP4065832B2 (en) Press forming apparatus and press forming method for metal separator for fuel cell
KR101013872B1 (en) Manufacturing method for metallic separator using incrementally synchronized rapid rubber forming process
KR102083295B1 (en) The core mold for the press
JP2008171826A (en) Molding die of fuel cell separator, manufacturing method of fuel cell separator, and fuel cell separator
JP2001198921A (en) Mold for producing fuel cell separator
JP3981695B2 (en) Fuel cell separator molding die, fuel cell separator manufacturing method, and fuel cell separator
JP4398763B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator
JP2007137017A (en) Mold for molding fuel cell separator, manufacturing process of fuel cell separator and fuel cell separator
KR100812804B1 (en) The metallic pattern for a graphite separater which is easy to seperate of a graphite separater
JP2007042392A (en) Molding die for fuel cell separator
JP2007283770A (en) Molding die for fuel cell separator, manufacturing method of fuel cell separator, and fuel cell separator
JP2007141724A (en) Molding die for fuel cell separator, method for manufacturing fuel cell separator, and fuel cell separator
US6569372B1 (en) Fuel cell separator production system and method, and fuel cell separator
KR100785115B1 (en) The separator bonding structure of the fuel cell vehicle
KR101698584B1 (en) Fuel Cell Separator
KR20100020308A (en) Molding apparatus for fuel cell separator
JP2007287562A (en) Apparatus for manufacturing fuel cell separator and material feeder used in this apparatus
JP2023085066A (en) Fuel cell separator manufacturing device
CN115275223A (en) Electromagnetic preforming-die pressing composite forming device and method for metal bipolar plate
JP2006156172A (en) Separator for fuel cell, compacting method thereof, compacting apparatus thereof, and the fuel cell
JP2006051756A (en) Molding equipment and molding method of separator for fuel cell
JP2009076335A (en) Die for molding premolded body of separator for fuel cell and method of manufacturing separator for fuel cell using the same
JP2007250211A (en) Separator for fuel cell, its manufacturing method and fuel cell
KR101193131B1 (en) Mold structure for manufacturing fuelcell separator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070213

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20070213

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20070328

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070417

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070521

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070702

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100706

Year of fee payment: 3