JP5086542B2 - 燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレータを製造する方法に関し、詳しくは、燃料電池用セパレータを射出成形によって製造する技術に関する。

燃料電池用セパレータは、表面にガス流路（溝）が形成された導電性の薄板である。従来の燃料電池用セパレータの製造方法としては、焼成カーボンの表面に機械加工によって溝を形成する方法、あるいは、熱硬化性樹脂に導電材（例えば、黒鉛等）を添加したものを板状に成形する方法等が知られている。焼成カーボンを機械加工する方法では、機械加工が必要なため手間がかかり、コスト高になるという欠点があった。また、熱硬化性樹脂に導電材を添加したものを成形する方法では、熱硬化性樹脂が固化するまでに長時間（例えば、数分程度）を要するため、生産性が低く大量生産には不向きであった。

そこで、熱可塑性樹脂に導電材を添加したものを射出成形することにより、燃料電池用セパレータを製造する方法が検討されている。熱可塑性樹脂を用いることで、固化時間を大幅に短縮でき生産性を向上することが可能となる。しかしながら、熱可塑性樹脂に導電材を多量（６０重量％以上）に添加したものは粘性が高く、流動性が極めて悪いため、キャビティ内に樹脂を充填することが難しいという問題がある。かかる問題を解決するために、特許文献１の技術が提案されている。
特許文献１の技術では、固定金型と可動金型が型開した状態から、可動金型を固定金型に向かって移動させる。固定金型と可動金型によって形成されるキャビティの容積が燃料電池用セパレータの容積より所定の割合だけ大きくなる位置に可動金型が到達すると、可動金型の移動を停止する。次いで、射出装置からキャビティ内への導電性樹脂の射出を開始する。導電性樹脂がキャビティ内に所定割合まで充填されると、導電性樹脂の射出を継続しつつ可動金型を固定金型に向かって移動させて型閉する。
この技術では、導電性樹脂の充填開始時にはキャビティが大きくされているため、キャビティ内に導電性樹脂を容易に充填することができる。また、キャビティ内に導電性樹脂がある程度充填されると可動金型の型締めを再開し、キャビティ内に充填された導電性樹脂を圧締するため、キャビティの末端まで導電性樹脂を流動させることができるとされている。
特開２００４−１６０７７２号公報

しかしながら、本発明者らの研究によると、上述した従来の技術では、キャビティの外周部（ゲートから離れた位置）の樹脂密度がキャビティの中心付近（ゲート近傍）の樹脂密度より高くなり易く、キャビティ全体に樹脂を均一に充填することが困難であることが判明した。特に、導電材の含有率を増大すると（例えば、導電材の含有率を８０重量％以上とすると）、上述した傾向が顕著となり、製造された燃料電池用セパレータの一部に欠陥（ショート）が生じる場合もあった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、射出成形により燃料電池用セパレータを製造する製造方法において、キャビティ全体に樹脂を均一に充填することができ、これによって、良好な品質の燃料電池用セパレータを製造することができる技術を提供することである。

キャビティの中心付近の樹脂密度よりキャビティの外周部の樹脂密度が高くなる原因について、本発明者らが検討したところ、以下の理由が推測された。
すなわち、導電材を多量に含んだ導電性樹脂は、極めて粘性が高く流動性が悪い。このため、このような導電性樹脂をキャビティ内に充填するためには、導電性樹脂を高速でキャビティ内に射出しなければならない。ゲートからキャビティ内に高速で射出された導電性樹脂は、粘性が高いためその流動挙動がいわゆるファウンテンフローとはならず、ゲートから棒状に押し出されてキャビティの内壁面（ゲートと対向する面）に衝突し、砕けて粉状になると考えらえる。
上述した従来の技術では、キャビティの容積を大きくした状態で、キャビティ内への導電性樹脂の充填を開始する。このため、キャビティの内壁面に高速で衝突して粉状となった導電性樹脂は、キャビティの外周部に飛散し外周部に集中的に充填される一方で、キャビティの中心であるゲート近傍には充填されない。これによって、キャビティの中心付近には少量の導電性樹脂しか充填されず、キャビティの外周部には多量の導電性樹脂が充填される。キャビティ内に充填された導電性樹脂の不均一性が大きくなると、その後に可動金型を型閉して圧力を加えても、導電性樹脂の粘性の高さから導電性樹脂の流動は少なく、導電性樹脂の充填量の不均一性が解消されず、キャビティ全体に樹脂が均一に充填されないものと推測される。

そこで、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法では、キャビティの容積を拡張させながらキャビティ内に導電性樹脂を充填する充填工程と、キャビティ内への導電性樹脂の充填完了前または充填完了後の所定のタイミングで、キャビティの容積をセパレータの容積と同一として、キャビティ内に充填された導電性樹脂を加圧する加圧工程と、を含んでいる。そして、充填工程においては、制御装置が、ゲートに対向するキャビティ面をゲートに対して離間する方向に移動させることでキャビティを拡張する。
この製造方法では、キャビティの容積を拡張させながら導電性樹脂を充填する。すなわち、導電性樹脂の充填開始時はキャビティの容積が小さく、キャビティへの導電性樹脂の充填量が増加するのにともなってキャビティの容積が大きくされる。これにより、キャビティ全体に導電性樹脂を均一（すなわち、従来技術と比較して均一）に充填することができる。そして、キャビティ内に充填された導電性樹脂は、その後の加圧工程によって押し固められ、良好な品質の燃料電池用セパレータとなる。

キャビティの容積を拡張しながら導電性樹脂を充填することで、キャビティ全体に均一に導電性樹脂が充填できる推測理由を下記に示す。ただし、本発明の技術はその推測理由によって制約されるものではなく、あくまで特許請求の範囲に記載されている客観的要件に従う。
キャビティの容積が小さくされた状態でキャビティ内に導電性樹脂を射出すると、射出された導電性樹脂がキャビティ内壁面（ゲートと対向する面）に衝突して粉状となっても、その粉状となったものが周囲に飛散することが抑制される。このため、ゲートの近傍にも導電性樹脂が充填される。キャビティの容積を拡大しながら導電性樹脂を充填するので、ゲート近傍に導電性樹脂が充填されると、樹脂の充填とキャビティの拡大が継続し、その後にキャビティ内に射出される樹脂は、ゲート近傍に充填された導電性樹脂に衝突し、その樹脂をキャビティの外周部に押し出してゆく。これによって、キャビティの中心（ゲート近傍）からキャビティの外周部まで均一に樹脂を充填することができるものと考えられる。なお、導電性樹脂が充填されるのに応じてキャビティの容積が大きくなるため、射出圧力の急激な増加が抑制され、キャビティへ必要な量の導電性樹脂を充填することができる。

上述した本発明の製造方法は、固定金型と、固定金型に対して進退動可能とされた可動金型を用いて実施することができる。この場合に、充填工程においては、固定金型に対して可動金型を離間する方向に移動させることでキャビティを拡張する。また、充填工程においてキャビティの容積がセパレータの容積より大きくされている場合は、加圧工程において、固定金型に対して可動金型を近接する方向に移動させることで、キャビティの容積をセパレータの容積と同一とすることができる。
このような構成によると、固定金型に対して可動金型を進退動させることでキャビティの容積を変化させるため、金型の構造を簡易にすることができる。

上述した本発明の製造方法では、充填工程の前及び充填工程の間に、キャビティ内の空気を金型外に排気してキャビティ内を減圧することが好ましい。
導電性樹脂の充填前にキャビティ内を減圧することで、キャビティ内へ充填された樹脂中に気泡が混入することが防止される。また、導電性樹脂を充填する最中にキャビティからガスを排気することで、導電性樹脂を充填する際に発生するガスを金型外に排出でき、キャビティ内に充填された樹脂中に気泡が混入することが防止される。

上述した本発明の製造方法は、導電性樹脂が、黒鉛を８０重量％以上含んだ熱可塑性樹脂に有効である。このような樹脂は、流動性が極めて低いため、従来の射出成形方法では良好な品質の燃料電池用セパレータを製造することが困難であるが、本発明の製造方法を用いることで、良好な品質の燃料電池用セパレータを製造することができる。

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）射出成形装置は、型締装置と、射出装置を有する。型締装置には、金型が取付けられる。射出装置は、金型内のキャビティに導電性樹脂を射出する。
（形態２）充填工程においては、ゲートに対向するキャビティ面をゲートに対して離間する方向に移動させることで、キャビティの体積を拡張させる。加圧工程においては、ゲートに対向するキャビティ面をゲートに対して近接する方向に移動させることで、キャビティの体積を縮小させる。
（形態３）充填工程においては、キャビティ内の樹脂圧力が略一定となるように、ゲートに対向するキャビティ面を移動させる。
（形態４）充填工程においては、キャビティ内に充填される導電性樹脂の充填量に応じて、ゲートに対向するキャビティ面を移動させる。
（形態５）金型は、キャビティ内に配置された可動入れ子を有する。可動入れ子には、ゲートに対向するキャビティ面が形成されている。可動入れ子は、キャビティ内を移動可能とされており、ゲート近傍に設定された第１位置とゲートから所定の距離だけ隔てた位置に設定された第２位置との間を移動する。
（形態６）金型は、固定金型と、固定金型に対して進退動する可動金型を有している。可動金型には、ゲートに対向するキャビティ面が形成されている。充填工程においては、固定金型から離間する方向に可動金型を移動させることでキャビティの容積を拡張する。加圧工程においては、固定金型に近接する方向に可動金型を移動させることでキャビティの容積を縮小する。
（形態７）充填開始時のキャビティの容積は、燃料電池用セパレータの体積の０〜２００％に設定されることが好ましく、より好ましくは１５０〜２００％に設定される。１５０〜２００％の範囲に設定することで、導電性樹脂の飛散を防止しつつ、充填開始時の射出圧力が大きくなり過ぎることを防止することができる。
（形態８）キャビティの拡張完了時の体積は、燃料電池用セパレータの体積の２００〜５００％に設定されることが好ましく、より好ましくは３００〜４００％に設定される。３００〜４００％に設定することで、充填時の射出圧力の急激な増加を抑制しつつ、キャビティ内に充填された導電性樹脂に適度な圧力を作用させて、キャビティの外周部に導電性樹脂を充填することができる。
（形態９）射出装置から射出される導電性樹脂の射出速度は３００〜４００ｍｍ／ｓである。
（形態１０）導電性樹脂は、黒鉛を８０重量％以上含んだ熱可塑性樹脂である。

＜第１実施例＞
本発明の第１実施例に係る燃料電池用セパレータの製造方法について説明する。まず、本実施例の製造方法によって製造される燃料電池用セパレータ（以下、単にセパレータという）について、簡単に説明しておく。
本実施例のセパレータは、自動車に搭載される燃料電池に用いられる。本実施例のセパレータは、薄肉（例えば、板厚２ｍｍ）の平板であり、その表面積は数１００ｃｍ^２以上（例えば、Ａ４サイズ）とされている。セパレータの表裏両面には、酸素ガスと水素ガスを流通させる多数のガス流路（溝）が形成されている。燃料電池は、上記のセパレータの他、電解質膜、触媒層及びガス拡散層を積層したものを１単位とし、これら１単位を複数単位積み重ねて構成されている。このセパレータは、高い導電性（体積抵抗２０ｍｍΩ・ｃｍ以下）を有することが好ましく、黒鉛（カーボンフィラー）を多量（例えば、８０重量％以上）に含んだ熱可塑性樹脂で成形されることが好ましい。

次に、上述したセパレータを製造するための射出成形機１０について説明する。図１は射出成形機１０の概略構成を示す図面である。図１に示すように、射出成形機１０は、型締装置１１と、射出装置２５を備えている。

型締装置１１は、固定金型１６が取付けられる固定板１４と、可動金型１８が取付けられる可動板１２と、可動板１２を固定板１４に対して進退動させる駆動機構１３を備えている。固定板１４には、射出装置２５から射出される樹脂を固定金型１６に導くための貫通孔１４ａが形成されている。駆動機構１３は、可動板１２を進退動させる他、固定金型１６と可動金型１８との間に型締め力を発生させる。駆動機構１３には、油圧シリンダによって可動板１２を駆動する油圧式、サーボモータとボールネジ及びボールナット等によって可動板１２を駆動する機械式、油圧式と機械式を組み合わせたものを用いることができる。

射出装置２５は、ノズル３０と、ノズル３０内に配置されたスクリュウ２８と、スクリュウ２８を回転往復動させる駆動装置２６を備えている。ノズル３０は、ノズル３０内の導電性樹脂を加熱するヒータ（図示省略）を有しており、ノズル３０内の導電性樹脂が冷却・固化しないようになっている。駆動装置２６がスクリュウ２８を回転駆動すると、ノズル３０内の導電性樹脂が可塑化・混練される。ノズル３０内で混練された樹脂は、スクリュウ２８が前進駆動されることで、ノズル３０の先端から外部に押し出される。ノズル３０から押し出された樹脂は、固定金型１６のスプル１６ｃを通ってゲート１６ｄよりキャビティ２２内に射出される。

次に、上述した射出成形機１０に取付けられる金型について説明する。金型は、固定板１４に取付けられる固定金型１６と、可動板１２に取付けられる可動金型１８によって構成されている。
可動金型１８には、固定金型１６と当接する型合わせ面１８ｂに凹部１８ａが形成されている。凹部１８ａ内には可動入れ子２０が収容されている。可動入れ子２０は、セパレータに対応した形状をしており、その表面２０ａには、セパレータの表面に形成される溝に対応する溝が設けられている。可動入れ子２０は、凹部１８ａ内を摺動可能となっており、（１）可動入れ子２０の裏面２０ｂが凹部１８ａの底面と当接する位置（図１に示す位置）と（２）可動入れ子の表面２０ａが固定金型１６と当接する位置（図３に示す位置）との間を移動することができる。

固定金型１６には、可動金型１８と当接する型合わせ面１６ｆに凸部１６ｅが形成されている。可動金型１８が固定金型１６に向かって移動すると、固定金型１６の凸部１６ｅが可動金型１８の凹部１８ａに嵌まる。固定金型１６の凸部１６ｅが可動金型１８の凹部１８ａに嵌まると、可動金型１８と固定金型１６の間にキャビティ２２が形成されるようになっている。凸部１６ｅの先端面１６ａは、セパレータに対応した形状に形成されており、セパレータの裏面に形成される溝に対応した溝が設けられている。
固定金型１６には、凸部１６ｅの先端面１６ａから固定板１４側の面に向かって貫通するスプル１６ｃと、先端面１６ａから固定金型１６の側面とを連通する排気孔１６ｂが形成されている。スプル１６ｃの固定板１４側の端部には、固定板１４に設けられた貫通孔１４ａが接続されている。したがって、射出装置２５から射出された樹脂は、貫通孔１４ａ及びスプル１６ｃを通って、ゲート１６ｄよりキャビティ２２内に充填される。排気孔１６ｂには、図示しない真空減圧機構が接続されている。真空減圧機構が動作すると、キャビティ２２内の空気がキャビティ外に排気され、キャビティ２２内が減圧される。

次に、上述した射出成形装置によってセパレータを製造する手順を図２〜７を参照して説明する。図７はセパレータを製造する手順を示すフローチャートであり、図２〜６はセパレータを製造する各工程における金型（１６，１８）の状態を模式的に示す図である。なお、図２〜６においては固定金型１６に設けた排気孔１６ｂの図示を省略している。
図７に示すように、まず、制御装置２４は、固定金型１６と可動金型１８が開いた状態から、駆動機構１３を駆動して可動金型１８を固定金型１６に向かって移動させる（ステップＳ１０）。可動金型１８が移動を開始すると、可動板１２（すなわち、可動金型１８）の位置は可動板位置センサ１２ａによって検出され、その検出信号が制御装置２４に入力する。
制御装置２４は、可動板位置センサ１２ａから入力する検出信号に基づいて、可動金型１８の位置が予め設定された位置となるか否かを判断する（ステップＳ１２）。可動金型１８の位置が設定位置となっていない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、制御装置２４は可動金型１８の移動を継続する。一方、可動金型１８の位置が設定位置となると（ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御装置２４は可動金型の移動を停止する（ステップＳ１４）。

図２には、ステップＳ１４により可動金型１８が移動を停止したときの固定金型１６と可動金型１８の状態が示されている。この状態では、固定金型１６の凸部１６ｅが可動金型１８の凹部１８ａに嵌っており、固定金型１６と可動入れ子２０との間にキャビティ２２が形成されている。また、可動入れ子２０の裏面２０ｂと可動金型１８の凹部１８ａの底面１８ｃは当接している。
この状態におけるキャビティ２２の容積Ｓ１は、製造するセパレータの容積Ｓよりも大きくされている。すなわち、キャビティ容積Ｓ１がセパレータの容積Ｓの１００〜４００％となるように設定されている。例えば、セパレータの板厚が２ｍｍであれば、固定金型１６の先端面１６ａから可動入れ子２０の表面２０ａまでの距離が２〜８ｍｍの範囲で設定される。

次に、制御装置２４は、真空減圧機構を作動させて、キャビティ２２内の空気を排気孔１６ｂより排気する（ステップＳ１６）。このため、キャビティ２２内が減圧され、これによって可動入れ子２０が固定金型１６側に移動する。キャビティ２２内の真空度が設定された真空度となると、真空減圧機構によるキャビティ２２内の空気の排気を停止する。真空減圧機構が停止した時点における可動入れ子２０の位置は、可動金型１８と可動入れ子２０とのクリアランスやキャビティ２２の真空度によって、予め設定された位置となるように調整されている。
図３には、真空減圧機構によるキャビティ２２内の排気が完了したときの状態が示されている。この状態では、可動入れ子２０の表面２０ａと固定金型１６の先端面１６ａが当接しており、キャビティ２２の容積が０とされている。なお、キャビティ２２内の排気が完了した時点のキャビティ容積Ｓ２は、セパレータの容積Ｓの０〜１００％の範囲で設定されている。例えば、セパレータの板厚が２ｍｍであれば、固定金型１６の先端面１６ａから可動入れ子２０の表面２０ａまでの距離が０〜２ｍｍの範囲で設定されている。

次に、制御装置２４は、射出装置２５を駆動して、ノズル３０から導電性樹脂５０を高速で射出する（ステップＳ１８）。ノズル３０から射出された導電性樹脂５０は、固定板１４の貫通孔１４ａ及び固定金型１６のスプル１６ｃを通って、ゲート１６ｄよりキャビティ２２内に射出される。キャビティ２２内に導電性樹脂５０が射出されると、射出された導電性樹脂５０の圧力により可動入れ子２０が後退する（可動板１２側に移動する）。キャビティ２２内に射出された導電性樹脂５０から可動入れ子２０に作用する圧力は、キャビティ２２内に充填された導電性樹脂の量に応じて上昇し、これによって、可動入れ子２０が徐々に後退する（図４に示す状態）。そして、可動入れ子２０は、可動入れ子２０の裏面２０ｂが凹部１８ａの底面１８ｃと当接するまで移動する。
なお、射出装置２５は、射出された導電性樹脂５０の射出量が所定量（セパレータを成形するだけの量）となると、導電性樹脂５０の射出を停止する。これによって、キャビティ２２内に所定量の導電性樹脂５０が充填される（図５に示す状態）。

上述したステップＳ１８によってキャビティ２２内に導電性樹脂５０を充填するときの導電性樹脂の挙動は、以下のようであると推測される。
すなわち、キャビティ２２に導電性樹脂５０の充填を開始した時点では、可動入れ子２０が固定金型１６側に移動した状態となっており、キャビティ２２の容積が小さくされている。このため、ゲート１６ｄからキャビティ２２内に射出された導電性樹脂５０が可動入れ子２０の表面２０ａに衝突しても、その導電性樹脂５０が粉状となって周囲に飛散することが抑制され、導電性樹脂５０はゲートの近傍にも充填されてゆく。導電性樹脂５０の充填が開始された後に、ゲート１６ｄからキャビティ２２内に射出される導電性樹脂５０は、ゲート近傍に充填された導電性樹脂５０に衝突し、その導電性樹脂５０をキャビティの外周側に押し出してゆく。これによって、導電性樹脂５０がゲート近傍から外周部に向かって押し出され（流れ）、キャビティ２２の外周部にまで導電性樹脂５０が充填されてゆく。キャビティ２２内に充填される導電性樹脂５０はキャビティ２２の内壁面等に衝突して粉状となるため、キャビティ２２内にはポーラスな状態で導電性樹脂５０が充填されてゆくものと思われる。
なお、キャビティ２２に導電性樹脂５０が充填されるのに伴って、キャビティ２２内の導電性樹脂５０の圧力が上昇してゆくが、その導電性樹脂５０の圧力増加に応じて可動入れ子２０が後退するため、導電性樹脂５０の圧力が急激に上昇することが抑制される。このため、射出装置２５からキャビティ２２内に必要な量の導電性樹脂５０を充填することができる。

キャビティ２２への導電性樹脂の充填が完了すると、制御装置２４は、駆動機構１３を駆動して可動金型１８を固定金型１６に向かって移動させる。これによって、可動金型１８の型合わせ面１８ｂと固定金型２０の型合わせ面１６ｆが当接し（すなわち、可動金型１８が最終型締位置に移動し）、可動金型１８と固定金型１６の間に型締め力が作用する（ステップＳ２０）。可動金型１８が最終型締位置に移動した状態では、キャビティ２２の容積Ｓ３はセパレータの容積Ｓと同一となっている。ステップＳ２０によってキャビティ２２内にポーラス状に充填された導電性樹脂５０が押し固められ、セパレータが成形される。上述したように、ステップＳ１８の終了時点では、キャビティ２２の全体に均一に導電性樹脂５０が充填されているため、ステップＳ２０によって成形されたセパレータも樹脂密度が均一なものとなっている。
次に、キャビティ２２内の導電性樹脂を冷却し固化する。そして、可動金型１８を固定金型１６から離れる方向に移動させて型を開き、金型（１６，１８）内からセパレータを取出す。

上述した射出成形装置を用いてセパレータを実際に製造した一例について説明する。製造したセパレータは、板厚２ｍｍのＡ４サイズのセパレータであった。セパレータの材料には、黒鉛（導電フィラー８０重量％）に熱可塑性樹脂（液晶ポリマー２０重量％）を混練したものを用いた。
計量条件はスクリュウ回転２５ｒｐｍで背圧５ＭＰａとし、導電性樹脂の射出速度は４００ｍｍ／ｓとし、金型（１６，１８）の温度を２００℃とした。射出開始時の可動金型１８の位置は、可動金型１８の型合わせ面１８ｂと固定金型１６の型合わせ面１６ｆとの間隔が４ｍｍとなるように設定した（すなわち、図２に示すときのキャビティ２２の容積Ｓ１をセパレータの容積Ｓの３００％とした）。ステップＳ１６の終了時のキャビティ２２の真空度を５Ｔｏｒｒとし、導電性樹脂充填後の型締め力を３５０ｔとした。
上述した条件で３０ショットを連続して行った。製造されたセパレータは、製品の一部に大きな欠陥等もなく、略均一の板厚のものとなった。製造されたセパレータの板厚のバラツキは２±０．３ｍｍであった。

上述した説明から明らかなように、本実施例の製造方法によると、導電材を多量に含んだ熱可塑性樹脂であっても、キャビティ２２の全体に均一に充填することができ、良好な品質のセパレータを製造することができる。
また、上述した実施例では、キャビティ２２に導電性樹脂５０を充填する前にキャビティ２２から空気が排気されているため、キャビティ２２内に充填された樹脂に空気が混入することが抑制される。なお、キャビティ２２に導電性樹脂５０を充填する際もキャビティ２２から空気を排気するようにしてもよい。これによって、導電性樹脂５０を充填する際に発生するガスをキャビティ２２から外部に排気することができる。

＜第２実施例＞
本発明の第２実施例に係る製造方法について説明する。第２実施例は、セパレータの製造に用いる金型が第１実施例と相違し、それに伴い射出成形装置による成形手順の一部が第１実施例と異なる。ただし、射出成形装置の各部（型締装置、射出装置）の構造は第１実施例と同一である。以下、第１実施例と異なるところを詳細に説明する。
図８に示すように、第２実施例の金型も、固定金型１６と可動金型１８を備えている。第２実施例の可動金型１８は、第１実施例と異なり、可動入れ子３４がアクチュエータ３２によって駆動される点で異なる。アクチュエータ３２が作動すると、可動入れ子３４が可動金型１８の凹部内を摺動する。アクチュエータ３２によって可動入れ子３４の動作が制御されるため、可動入れ子３４の移動速度や、可動入れ子３４の表面３６ａと固定金型１６の先端面１６ａとの距離を任意に調整することができる。アクチュエータ３２には、例えば、油圧シリンダを用いることができる。なお、固定金型１６については第１実施例と同一である。

次に、第２実施例の製造手順を図８〜１３を参照して説明する。図１３は第２実施例のセパレータを製造する手順を示すフローチャートであり、図８〜１２はセパレータを製造する各工程における金型（１６，１８）の状態を模式的に示す図である。なお、図８〜１２においても固定金型１６に設けた排気孔１６ｂの図示を省略している。
図１３に示すように、まず、制御装置２４は、固定金型１６と可動金型１８が開いた状態から、可動金型１８を固定金型１６に向かって移動させる（ステップＳ２２）。そして、可動金型１８の位置が予め設定された位置となると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、可動金型１８の移動を停止する（ステップＳ２６）。図８は可動金型１８が設定位置まで移動した状態を示している。図８から明らかなように、可動入れ子３４は最も後退した位置に保持されている。この状態におけるキャビティ２２の容積Ｓ１は、セパレータの容積Ｓの１００〜４００％となるように設定されている。

次に、制御装置２４は、アクチュエータ３２を作動させ、可動入れ子３４を固定金型１６側に移動させる（図９の状態（ステップＳ２６））。そして、可動入れ子３４が設定された位置（第１位置）となるとアクチュエータ３２の作動を停止する。このときのキャビティ容積Ｓ２は、セパレータの容積Ｓの０〜２００％の範囲に設定されている。
なお、可動入れ子３４を第１位置となるまで移動させるときに、第１実施例と同様にキャビティ２２内の空気を排気し、キャビティ２２内を減圧してもよい。さらに、キャビティ２２内へ導電性樹脂を射出する際に、キャビティ２２内から空気を排気してもよい。

次に、射出装置２５からキャビティ２２内に導電性樹脂５０を射出し、同時に、アクチュエータ３２を作動して可動入れ子３４を後退させる（ステップ３０）。これによって、キャビティ２２内へ導電性樹脂が充填されるのに伴って、キャビティ２２の容積が拡張される（図１０の状態）。可動入れ子３４が可動金型１８に当接する位置（第２位置）まで移動すると、可動入れ子３４の移動が停止する。また、射出装置２５から所定量の導電性樹脂５０が射出されると、射出装置２５からの導電性樹脂５０の射出が完了する（図１１の状態）。

なお、アクチュエータ３２は、キャビティ２２への導電性樹脂５０の充填量（すなわち、射出装置２５からの導電性樹脂５０の射出量）に基づいて、可動入れ子３４を移動させることができる。例えば、導電性樹脂５０の充填量に比例して可動入れ子３４を後退させ、キャビティ２２内への導電性樹脂５０の充填完了時に可動入れ子３４が可動金型１８と当接するように後退速度を決定する。
また、導電性樹脂５０の充填量に基づいて、所定のパターンで可動入れ子３４を移動させることができる。例えば、導電性樹脂５０の充填量が少ないときは可動入れ子３４の後退速度を小さくし、導電性樹脂５０の充填量が大きくなるにつれて可動入れ子３４の後退速度を大きくする。これによって、キャビティ２２内の導電性樹脂５０に適切に圧力を作用させることができ、キャビティ２２の全体に均一に導電性樹脂５０を充填することができる。
あるいは、可動入れ子３４に作用する圧力を検出し、その圧力変化のパターンが予め設定されたパターンとなるように可動入れ子３４の位置を制御するようにしてもよい。このような方法によっても、キャビティ２２内に充填される導電性樹脂５０に適切に圧力を作用させることができ、キャビティ２２の全体に均一に導電性樹脂５０を充填することができる。

キャビティ２２への導電性樹脂５０の充填が完了すると、可動金型１８を固定金型１６に向かって移動させ（図１２に示す状態）、可動金型１８と固定金型１６の間に型締め力を作用させる（ステップＳ３２）。これによって、キャビティ２２内に充填された導電性樹脂５０が押し固められ、セパレータが成形される。なお、図１２に示す状態では、キャビティ２２の容積Ｓ３はセパレータの容積Ｓと同一となっている。

上述した第２実施例の製造方法によってセパレータを実際に製造した一例について説明する。製造したセパレータは、板厚２ｍｍのＡ４サイズのセパレータであった。セパレータの材料には、黒鉛（導電フィラー８０重量％）に熱可塑性樹脂（液晶ポリマー２０重量％）を混練したものを用いた。
計量条件はスクリュウ回転２５ｒｐｍで背圧５ＭＰａとし、導電性樹脂の射出速度は４００ｍｍ／ｓとし、金型（１６，１８）の温度を２００℃とした。射出開始時の可動金型１８の位置は、可動金型１８の型合わせ面と固定金型１６の型合わせ面との間隔が４ｍｍとなるように設定した。射出開始時の可動入れ子３４の位置は、可動入れ子３４の表面３６ａと固定金型１６の先端面１６ａとの間隔が２ｍｍとなるように設定した。また、可動入れ子３４の後退速度は１０ｍｍ／ｓとし、導電性樹脂充填後の型締め力を３５０ｔとした。
上述した条件で３０ショットを連続して行った。製造されたセパレータは、略均一の板厚となった。製造されたセパレータの板厚のバラツキは２±０．２ｍｍであった。

上述した説明から明らかなように、第２実施例の製造方法では、可動入れ子３４の位置及び移動速度を任意に制御することができる。このため、より品質が安定したセパレータを製造することができる。例えば、導電性樹脂の射出圧がばらついたりしても可動入れ子３４を安定して移動させることができ、キャビティ２２の全体へより均一に導電性樹脂を充填することができる。

＜第３実施例＞
本発明の第３実施例に係る製造方法について説明する。図１４に示すように、第３実施例では、可動金型１８は可動入れ子を備えていない。このため、可動金型１８を固定金型１６に対して進退動させて、キャビティ２２の容積を変更する。また、可動金型１８の位置（可動板１２の位置）を正確に制御するため、型締装置１１の駆動機構１３にサーボモータを用いている。これ以外の点は、第１，２実施例と同一の構成を有している。

第３実施例の製造手順を図１４〜１８を参照して説明する。図１８は第３実施例の製造手順を示すフローチャートであり、図１４〜１７はセパレータを製造する各工程における金型（１６，１８）の状態を模式的に示す図である。なお、図１４〜１７においても固定金型１６に設けた排気孔１６ｂの図示を省略している。
図１８に示すように、まず、制御装置２４は、固定金型１６と可動金型１８が開いた状態から、可動金型１８を固定金型１６に向かって移動させ（ステップＳ３４）、可動金型１８の位置が設定位置となると可動金型１８の移動を停止させる（ステップＳ３６，Ｓ３８）。図１４は可動金型１８が設定位置まで移動した状態を示している。図１４から明らかなように、可動金型１８は固定金型１６と当接する位置まで移動しており、このときのキャビティ２２の容積Ｓ１はセパレータの容積Ｓと同一となっている。

次に、射出装置２５からキャビティ２２内に導電性樹脂５０を射出し、同時に、型締装置１１によって可動金型１８を後退させる（ステップ４０）。これによって、キャビティ２２内へ導電性樹脂５０が充填されるのに伴って、キャビティ２２の容積が拡張される（図１５の状態）。キャビティ２２への導電性樹脂５０の充填が完了すると、可動金型１８の後退も停止する（図１６の状態）。
可動金型１８の後退量は、後退完了時のキャビティ２２の容積Ｓ２がセパレータの容積Ｓの２００〜５００％の範囲に設定することが好ましい。この範囲に設定することで、導電性樹脂５０の射出圧力の上昇を抑えながら、キャビティ２２内に充填された導電性樹脂５０にキャビティ２２の外周方向に向かう力を効率的に付与することができる。
可動金型１８の制御方法としては、第２実施例と同様に行うことができる。例えば、射出装置２５から射出された導電性樹脂５０の量に応じて可動金型１８を後退させることができる。また、型締装置１１によって発生する型締力を一定に制御することで、キャビティ２２に充填される導電性樹脂５０の圧力に応じて可動金型１８が後退するようにしてもよい。

キャビティ２２への導電性樹脂５０の充填が完了すると、可動金型１８を固定金型１６に向かって移動させ（図１７に示す状態）、可動金型１８と固定金型１６の間に型締め力を作用させる（ステップＳ４２）。これによって、キャビティ２２内に充填された導電性樹脂５０が押し固められ、セパレータが成形される。

上述した第３実施例の製造方法によってセパレータを実際に製造した一例について説明する。製造したセパレータは、板厚２ｍｍのＡ４サイズのセパレータであった。セパレータの材料には、黒鉛（導電フィラー８０重量％）と熱可塑性樹脂（液晶ポリマー２０重量％）を混練したものを用いた。
計量条件はスクリュウ回転２５ｒｐｍで背圧５ＭＰａとし、導電性樹脂の射出速度は４００ｍｍ／ｓとし、金型（１６，１８）の温度を２００℃とした。また、射出開始時の可動金型１８の位置は、可動金型１８の型合わせ面と固定金型１６の型合わせ面とが当接する位置に設定した。導電性樹脂充填完了時の可動金型１８の位置は、可動金型１８の型合わせ面と固定金型１６の型合わせ面との間隔が４ｍｍとなる位置に設定した。可動金型１８の後退速度は１０ｍｍ／ｓとし、導電性樹脂充填後の型締め力を３５０ｔとした。
上述した条件で３０ショットを連続して行った。製造されたセパレータは、略均一の板厚となった。製造されたセパレータの板厚のバラツキは２±０．１ｍｍであった。

上述した説明から明らかなように、第３実施例の製造方法によると、キャビティ２２の容積変化を可動金型１８の移動によって実現するため、可動金型１８に可動入れ子が用いられていない。このため、可動金型１８の構造が簡易となり、金型（１６，１８）の製造コストを低く抑えることができる。
また、可動金型１８を移動させる型締機構１１にサーボモータが用いられているため、可動金型１８の位置及び移動速度を精度良く制御することができる。これによって、キャビティ２２の全体へより均一に導電性樹脂を充填することができ、品質が安定したセパレータを製造することができる。

以上、本発明の好適ないくつかの実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、上述した各実施例においては、キャビティ内に導電性樹脂を充填完了した後に、可動金型を最終型締位置に移動させて、キャビティ内に充填した導電性樹脂を加圧した。しかしながら、本発明はこのような形態に限られず、キャビティへの導電性樹脂の充填完了前のタイミング（例えば、導電性樹脂の充填が９０％完了した時点）で可動金型の型閉動作を開始させてもよい。
本実施例においては、可動板位置センサ１２ａの検出信号に基づいて可動板１２の移動や型締力を制御する構成としたが、これに限らず、例えば、駆動機構１３のサーボモータに回転検出センサを設けると共にボールナット部に位置センサを設け、回転検出センサと位置センサの検出信号を制御装置２４に入力して、可動板１２の移動（すなわち、可動型１８の開閉・型閉動作）や固定金型１６と可動金型１８との間に型締力を発生させる構成としてもよい。
なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本実施例の射出成形装置の概略構成を示す図。 セパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（可動金型が設定位置まで移動した状態）。 セパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（可動入れ子が固定金型側に移動した状態）。 セパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティ内に導電性樹脂を充填している状態）。 セパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティへの導電性樹脂の充填が完了した状態）。 セパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティ内に充填された導電性樹脂を加圧している状態）。 第１実施例のセパレータを製造する手順を示すフローチャート。 第２実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（可動金型が設定位置まで移動した状態）。 第２実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（可動入れ子が固定金型側に移動した状態）。 第２実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティ内に導電性樹脂を充填している状態）。 第２実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティへの導電性樹脂の充填が完了した状態）。 第２実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティ内に充填された導電性樹脂を加圧している状態）。 第２実施例のセパレータを製造する手順を示すフローチャート。 第３実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（可動金型が設定位置まで移動した状態）。 第３実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティ内に導電性樹脂を充填している状態）。 第３実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティへの導電性樹脂の充填が完了した状態）。 第３実施例のセパレータを製造する各工程における金型の状態を模式的に示す図（キャビティ内に充填された導電性樹脂を加圧している状態）。 第３実施例のセパレータを製造する手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０：射出成形機
１１：型締装置
１２：可動板
１３：駆動機構
１４：固定板
１６：固定金型
１８：可動金型
２０：可動入れ子
２４：制御装置
２５：射出装置

Claims (4)

1. 金型内のキャビティに導電性樹脂を射出して固化することで燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
   キャビティの容積を拡張させながらキャビティ内に導電性樹脂を充填する充填工程と、
   キャビティ内への導電性樹脂の充填完了前または充填完了後の所定のタイミングで、キャビティの容積をセパレータの容積と同一として、キャビティ内に充填された導電性樹脂を加圧する加圧工程と、を含んでおり、
   充填工程においては、制御装置が、ゲートに対向するキャビティ面をゲートに対して離間する方向に移動させることでキャビティを拡張することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
2. 金型は、固定金型と、固定金型に対して進退動可能とされた可動金型とを有しており、充填工程においては、固定金型に対して可動金型を離間する方向に移動させることでキャビティを拡張することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
3. 充填工程の前及び充填工程の間に、キャビティ内の空気を金型外に排気してキャビティ内を減圧することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
4. 導電性樹脂が、黒鉛を８０重量％以上含んだ熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

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