JP6424354B2 - Method of manufacturing metal separator for fuel cell - Google Patents
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Description
この発明は,金属板その他の金属対象物の表面に高分子樹脂を含有する被覆層を形成する燃料電池用金属セパレータの作製方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal separator for a fuel cell, in which a coating layer containing a polymer resin is formed on the surface of a metal plate or other metal object.
金属板などの金属対象物の耐食性,導電性,装飾性を高めるために,その表面に高分子樹脂層を形成することがよく行なわれる。このような金属対象物の作製方法において,樹脂層を均一な密度で積層し,金属対象物表面に密着させ,かつ大量生産に適した方法が求められている。 In order to enhance the corrosion resistance, conductivity and decorativeness of a metal object such as a metal plate, a polymer resin layer is often formed on the surface. In such a method of producing a metal target, there is a demand for a method in which resin layers are laminated at a uniform density, brought into close contact with the surface of the metal target, and suitable for mass production.
一例として,固体高分子電解質形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell :PEFC)を挙げると,これは,燃料の水素ガスと酸化剤の酸素とを反応させて,電気エネルギーを得るものである。この燃料電池は次のような多数の単セルをスタックしたものである。すなわち単セルは,高分子電解質膜と,その両側に密着させた一対の多孔質電極(多孔質支持層+触媒層)とからなるMEA(Membrane Electrode Assembly :電極/膜接合体)を有し,その両側を燃料または酸化剤を供給する流路が形成された一対のセパレータによって挟持したものである。セパレータは,積層する際の機械強度部材としての機能の他に,集電機能,および燃料または酸化剤の供給機能(カソード側セパレータはさらに反応生成物の排出機能)を持つ。セパレータはその材料の観点から,炭素系と金属系に大別される。 As an example, when mentioning a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), this is a reaction of hydrogen gas of the fuel with oxygen of the oxidant to obtain electric energy. This fuel cell is a stack of many single cells as follows. That is, a single cell has an MEA (Membrane Electrode Assembly: electrode / membrane assembly) composed of a polymer electrolyte membrane and a pair of porous electrodes (porous support layer + catalyst layer) adhered to both sides, Both sides thereof are sandwiched by a pair of separators in which flow paths for supplying fuel or oxidant are formed. The separator has a current collecting function and a function of supplying a fuel or an oxidant (a cathode side separator further has a function of discharging a reaction product), in addition to the function as a mechanical strength member at the time of lamination. Separators are roughly classified into carbon-based and metal-based from the viewpoint of the material.
炭素系のセパレータには,黒鉛ブロックを機械加工したもの,カーボン樹脂モールド品および膨脹黒鉛モールド成形物などがある。しかし,これらには高価,切削加工工数が多い,または割れやすいなどの問題がある。 Carbon-based separators include those obtained by machining a graphite block, carbon resin molded articles, and expanded graphite molded articles. However, these have problems such as high cost, a large number of machining steps, or fragile.
金属セパレータは,高い電導性,熱伝導性,機械強度,および水素ガスの不透過性という特長を有している。さらに,原料流体の流路を成形する機械加工が容易であるため製造コストを低減できる。そして,薄型化できる有望な材料として,主に,オーステナイト系ステンレス鋼を用いた金属セパレータを中心に開発されている。しかし,金属セパレータは,耐食性が低いことが問題である。 The metal separator has the features of high conductivity, thermal conductivity, mechanical strength, and impermeability of hydrogen gas. Furthermore, since the machining for forming the flow path of the raw material fluid is easy, the manufacturing cost can be reduced. And, as a promising material that can be thinned, it is mainly developed mainly for metal separators using austenitic stainless steel. However, metal separators have the problem of low corrosion resistance.
これを解決する手段として,金属セパレータの表面に,導電性の高分子被膜を形成する方法,金,白金メッキ等の耐食性の金属被覆層を形成する方法などがとられている。たとえば,特許文献1では,流路をプレス成形した金属基材を,密着性の高い被覆層で被覆した金属セパレータが開示されている。これによれば,被覆層の剥離が起こりにくく,金属基材の腐食が防止できるとされている。 As a means for solving this, a method of forming a conductive polymer film on the surface of a metal separator, a method of forming a corrosion-resistant metal coating layer such as gold, platinum plating and the like are taken. For example, Patent Document 1 discloses a metal separator in which a metal base obtained by press-forming a channel is coated with a highly adhesive coating layer. According to this, it is said that peeling of a coating layer does not occur easily, and corrosion of a metal substrate can be prevented.
また,特許文献2では,流路溝をプレス加工成形することが容易な中間金属層の外表面に耐食性の金属層を設け,この金属層の表面に導電剤と樹脂結着剤とからなる被覆層を形成した金属セパレータが開示されている。これによれば,金属セパレータの耐食性を保持できるとされている。 Further, in Patent Document 2, a corrosion resistant metal layer is provided on the outer surface of the intermediate metal layer which is easy to press-process and form the flow channel, and the surface of the metal layer is covered with a conductive agent and a resin binder. A layered metal separator is disclosed. According to this, it is supposed that the corrosion resistance of the metal separator can be maintained.
また,特許文献3には,導電性流路板と金属製平板とを重ね合わせたセパレータ構造が開示されている。
Further,
金属セパレータ表面に合成樹脂を含む被覆層を設ける場合に,その密着性が問題となる。密着性を高めるために熱圧着プレスを用いると,プレスによる応力(ひずみ)が金属板に残り,長時間の使用により応力腐食割れが生じる可能性がある。また,充分な密着性が得られなければ被覆層が剥離することも起こりうる。 When the coating layer containing a synthetic resin is provided on the surface of the metal separator, the adhesion becomes a problem. If a thermocompression-bonding press is used to improve adhesion, stress (strain) from the press may remain on the metal plate, and stress corrosion cracking may occur due to long-term use. In addition, if sufficient adhesion can not be obtained, the coating layer may peel off.
この発明は,金属対象物表面に高分子樹脂層を,金属対象物に残留応力を生じさせることなく密着させることができる作製方法を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for producing a polymer resin layer on a surface of a metal object without causing residual stress on the metal object.
この発明はさらに,樹脂層を均一に密着させることができる方法を提供するものである。 The present invention further provides a method capable of uniformly adhering the resin layer.
さらにこの発明は,大量生産に適した樹脂被覆層の作製方法を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a method for producing a resin coating layer suitable for mass production.
この発明による金属対象物表面への被覆層の作製方法は,金属対象物の表面の少なくとも一部に樹脂を含有する被覆層を形成し,その後,金属対象物の表面の被覆層を流体を用いて等方加圧することにより,被覆層を硬化させるものである。 According to the method of the present invention, a method of producing a coating layer on the surface of a metal object forms a coating layer containing a resin on at least a part of the surface of the metal object, and then uses a fluid to coat the surface of the metal object. The coating layer is cured by isostatic pressing.
この発明によると,金属対象物表面の樹脂を含有する被覆層を,流体を用いて等方加圧,すなわちあらゆる方向から同じ圧力で加圧して硬化させているので,金属対象物に加圧による残留応力を生じさせることなく,かつ均一に被覆層を金属対象物表面に密着させることができる。 According to the present invention, since the coating layer containing the resin on the surface of the metal object is cured by isotropic pressure using a fluid, that is, by pressing with the same pressure from all directions, pressure is applied to the metal object. The coating layer can be brought into intimate contact with the surface of the metal object without causing any residual stress and uniformly.
被覆層が緻密層などの場合には,金属対象物表面の被覆層を直接的に流体で等方加圧することができる。 In the case where the covering layer is a dense layer or the like, the covering layer on the surface of the metal object can be directly pressurized with fluid.
好ましくは,金属対象物を薄膜パック内に入れ,パック内を脱気し,その後,パックの外部から被覆層を流体で等方加圧する。この場合には,金属対象物とパックとの間に離型フィルムを介在させるとよい。 Preferably, the metal object is placed in a thin film pack, the inside of the pack is degassed, and then the coating layer is isostatically pressurized with fluid from the outside of the pack. In this case, a release film may be interposed between the metal object and the pack.
熱硬化性樹脂,熱可塑性樹脂のいずれも用いることができる。熱硬化性樹脂を用いて被覆層を形成した場合には,等方加圧するとともに加熱する。熱可塑性樹脂を用いて被覆層を形成した場合には,等方加圧するとともに加熱し,その後,急冷する。 Both thermosetting resins and thermoplastic resins can be used. When a coating layer is formed using a thermosetting resin, it is pressurized while it is heated. When a coating layer is formed using a thermoplastic resin, it is isostatically pressurized and heated, and then rapidly cooled.
被覆層に導電性をもたせる場合には,高分子樹脂に加えて導電材を含有する構成の被覆層とする。導電材の含有量の調整により,被覆層を緻密層にすることも,多孔質層にすることもできる。 In the case where the coating layer has conductivity, the coating layer is configured to contain a conductive material in addition to the polymer resin. By adjusting the content of the conductive material, the covering layer can be a dense layer or a porous layer.
金属対象物と被覆層には種々の態様がある。一態様としては,金属対象物が金属板であり,その少なくとも一面に緻密な被覆層が形成されている。他の態様では,金属対象物が金属板であり,その両面に緻密な被覆層が形成されている。さらに他の態様では,金属対象物が金属板であり,被覆層が金属板の少なくとも一面を覆う緻密な耐食層であり,耐食層の上に耐食層の周囲を囲む枠層が形成されている。さらに他の態様では,金属対象物が金属板であり,少なくともその一面に緻密な被覆層を形成し,被覆層の表面の少なくとも一部の上に多孔質層を形成し,被覆層と多孔質層を同時に等方加圧する。他の態様では,金属対象物が波形加工された金属板である。 There are various aspects of the metal object and the covering layer. In one aspect, the metal object is a metal plate, and a dense covering layer is formed on at least one surface thereof. In another aspect, the metal object is a metal plate, and a dense covering layer is formed on both sides thereof. In still another aspect, the metal object is a metal plate, the covering layer is a dense corrosion resistant layer covering at least one surface of the metal plate, and a frame layer surrounding the periphery of the corrosion resistant layer is formed on the corrosion resistant layer . In still another aspect, the metal object is a metal plate, a dense covering layer is formed on at least one surface, a porous layer is formed on at least a part of the surface of the covering layer, the covering layer and the porous layer The layers are simultaneously isostatically pressed. In another aspect, the metal object is a corrugated metal plate.
大量生産に適したこの発明による作製方法は,金属対象物が樹脂による被覆層が形成された金属板であり,複数の金属板を帯状の薄膜パック内に間隔をあけて入れ,隣接する金属板が重なるようにパックを折り畳むとともに,隣接する金属板を包むパックの間にスペーサを入れ,スペーサを介在させてスタックされた複数の金属板をパックごと耐圧容器内に入れて,流体で等方加圧する。スペーサは多孔質であることが好ましい。 The manufacturing method according to the present invention suitable for mass production is a metal plate in which a metal object is a coating layer formed of a resin, and a plurality of metal plates are spaced apart in a thin film pack and adjacent metal plates Fold the pucks so that they overlap, put a spacer between the pucks that wrap adjacent metal plates, put a plurality of stacked metal plates with the spacer interposed in the pressure container together with the packs, and apply the fluid isostatically Press down. The spacer is preferably porous.
この発明によると,上記の方法により燃料電池用金属セパレータを作製することができる。 According to this invention, the metal separator for fuel cells can be produced by the above-mentioned method.
この発明による金属対象物表面に被覆層を作製するための装置は,表面の少なくとも一部に樹脂を含有する被覆層が形成された金属対象物を入れる耐圧容器と,加圧流体を貯留するための貯留タンクと,貯留タンク内の加圧流体を耐圧容器内に加圧して導入する加圧ポンプとを有する。耐圧容器内を負圧にするための真空ポンプをさらに備えるとよい。 An apparatus for producing a coating layer on the surface of a metal object according to the present invention comprises a pressure vessel containing a metal object having a coating layer containing a resin formed on at least a part of the surface, and a pressurized fluid. And a pressure pump for pressurizing and introducing the pressurized fluid in the storage tank into the pressure resistant container. It is preferable to further include a vacuum pump for providing a negative pressure in the pressure resistant container.
この装置を用いて金属対象物の表面に被覆層を作製するためには,金属対象物を薄膜のパック内に入れ,金属対象物を収納したパックを耐圧容器内に入れ,耐圧容器内に貯留タンク内の加圧流体を加圧ポンプにより加圧して導入する。または,金属対象物を薄膜のパック内に入れ,金属対象物を収納したパックを耐圧容器内に入れ,耐圧容器内を真空ポンプにより脱気し,これによりパック内も脱気し,その後,耐圧容器内に貯留タンク内の加圧流体を加圧ポンプにより加圧して導入する。この場合に,金属対象物とパックとの間に離型フィルムを介在させるとよい。 In order to produce a coating layer on the surface of a metal object using this apparatus, the metal object is placed in a thin film pack, the pack containing the metal object is placed in a pressure container, and stored in the pressure container. The pressurized fluid in the tank is pressurized by a pressurizing pump and introduced. Alternatively, the metal object is put in a thin film pack, the pack containing the metal object is put in a pressure container, the inside of the pressure container is deaerated by a vacuum pump, and the inside of the pack is also deaerated, after which The pressurized fluid in the storage tank is pressurized by a pressurizing pump and introduced into the container. In this case, a release film may be interposed between the metal object and the pack.
金属対象物の表面に被覆層を作製して得られる形成品の例を述べる。金属対象物は金属板である。 The example of the formation obtained by producing a coating layer on the surface of a metallic subject is described. The metal object is a metal plate.
図1および図2に示される形成品10Aは,方形の金属平板11Aの一表面上に被覆層(耐食層)12Aを作製したものである。
The formed
図3および図4に示される形成品10Bは,一方向に湾曲した金属平板11Bの一表面上に被覆層(耐食層)12Bを作製したものである。
In the formed
図5に示される形成品10Cは,一方向にのびる溝13Aと凸条(またはリブ)13Bとが交互に形成された金属平板11Cの一表面(溝部と凸条部の表面)に被覆層(耐食層)12Cを作製したものである。
The formed
図6に示す形成品10Dは,一方向にのびる断面が台形の溝14Aと凸条(またはリブ)14Bが交互に形成された金属平板11Dの一表面(溝部と凸条部の表面)に被覆層(耐食層)12Dが形成されたものである。
The formed
図7に示す形成品10Eは,金属平板11Eの表面に凹凸による模様を有する被覆層(装飾層)12Eが形成されたものである。
In a formed
図8および図9に示す形成品10Fは,方形の金属平板11Fの一表面上に,枠12fを有する被覆層(耐食層)12Fが形成されたものである。枠12fは方形であり,被覆層12Fの周囲全体にわたって形成され,被覆層12Fの平面部よりも突出している。
In a formed
図10および図11に示す形成品10Gは,方形の金属平板11Gの一表面に,多数のリブ15Aと枠12gとを有する被覆層(耐食層)12Gが形成されたものである。枠12gは方形で被覆層12Gの全周囲に突出状(凸条)に設けられている。多数のリブ15Aは,枠12g内に等間隔で平行に設けられ,その両端と枠12gとの間には間隔があけられている。隣接するリブ15Aの間,およびリブ15Aと枠12gとの間は溝(流路)15Bとなっている。リブ15Aの高さは枠12gの高さと同じである。
A formed
このような形成品12Gは,たとえば固体高分子電解質形燃料電池(PEFC)のセパレータとして利用できる(図10では,カソード・ガス,アノード・ガスまたは冷却水の導入口,排出口の図示が省略されている)。この場合に,リブ15Aは蛇行状など,種々の形態をとりうる。
Such a formed
以上に述べた形成品10A〜10Gは,それぞれ金属平板11A〜11Gの一表面上に高分子樹脂を含有する被覆層12A〜12Gを形成し,その後,金属板の表面の被覆層を,流体を用いて等方加圧することにより,被覆層を硬化させることにより作製される。
The formed
金属平板11A〜11Gは表面の引張残留応力が小さいものであることが好ましい。金属平板11A〜11Gは,インコネル,ニッケル,金,銀,白金のうち一以上からなる金属,またはオーステナイト系ステンレス鋼板へ前記金属をめっきしたもの,もしくはクラッド材であることが好ましい。これらの金属を用いることにより,耐食性を向上できる。
The
被覆層12A〜12Gの高分子樹脂には熱硬化性樹脂,熱可塑性樹脂のいずれも用いることができる。高分子樹脂の例には,フェノール樹脂,エポキシ樹脂,メラミン樹脂,ゴム系樹脂,フラン樹脂,フッ化ビニリデン樹脂などがある。 For the polymer resin of the covering layers 12A to 12G, either a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used. Examples of the polymer resin include phenol resin, epoxy resin, melamine resin, rubber resin, furan resin, vinylidene fluoride resin and the like.
被覆層に導電性をもたせるときには,被覆層(リブ,枠を含む)12A〜12Gを導電材(好ましくは炭素系導電材)と高分子樹脂の混合物を含む構成とする。高分子樹脂に炭素系導電材を混合することにより,高分子樹脂に高い導電性を付与することができ,また高分子樹脂の耐食性を向上させることができる。高分子樹脂の含有率を高めて,導電性を確保しつつ緻密化する(気体,液体を通過,透過させない)と,耐食層となる。 When the cover layer is made conductive, the cover layers (including ribs and frames) 12A to 12G are configured to include a mixture of a conductive material (preferably a carbon-based conductive material) and a polymer resin. By mixing a carbon-based conductive material with the polymer resin, high conductivity can be imparted to the polymer resin, and the corrosion resistance of the polymer resin can be improved. When the content of the polymer resin is increased to ensure conductivity and densify (do not allow gas and liquid to pass or permeate), it becomes a corrosion resistant layer.
炭素系導電材としては,黒鉛,カーボンブラック,ダイヤモンド被覆カーボンブラック,炭化ケイ素,炭化チタン,カーボン繊維,カーボンナノチューブなどを用いることができる。 As the carbon-based conductive material, graphite, carbon black, diamond-coated carbon black, silicon carbide, titanium carbide, carbon fibers, carbon nanotubes, etc. can be used.
一例として,炭素系導電材粉末,熱硬化性樹脂粉末および揮発性溶剤を混練してペースト状にし,このペーストを用いてロールコート,スクリーンプリント,スプレーコート,スタンプ,絞り出し法などにより,均一な厚さの薄膜状の被覆層,または枠もしくはリブを有する被覆層を金属板上に形成する,被覆層を乾燥(溶剤を揮発)させた後,被覆層を有する金属板を耐圧容器内に入れ,加圧流体(水,油等)を耐圧容器内に導入して等方加圧,加熱し,樹脂を硬化させる。被覆層が緻密層の場合には,直接に流体と接してもよい。または,被覆層が形成された金属板全体を軟質の薄いゴム・パック(または樹脂フィルム・パック)内に入れ,パック内を真空に脱気した後,ゴム・パックを耐圧容器内に入れ(耐圧容器内でゴム・パック内を脱気してもよい),加圧流体を容器内に導入して等方加圧して樹脂を硬化させる。金属板とゴム・パックとの間にフッ素系樹脂による離型フィルムを介在させるとよい。 As an example, carbon-based conductive material powder, thermosetting resin powder and volatile solvent are kneaded to form a paste, and this paste is used to form a uniform thickness by roll coating, screen printing, spray coating, stamping, squeezing method, etc. Forming a thin film-like coating layer or a coating layer with a frame or a rib on a metal plate, drying the coating layer (volatilizing the solvent), and then placing the metal plate with the coating layer in a pressure container; A pressurized fluid (water, oil, etc.) is introduced into the pressure container, isostatic pressing and heating, and the resin is cured. When the covering layer is a dense layer, it may be in direct contact with the fluid. Alternatively, the entire metal plate on which the covering layer is formed is placed in a soft thin rubber pack (or resin film pack), the inside of the pack is evacuated to a vacuum, and then the rubber pack is placed in a pressure container (pressure resistance The rubber pack may be degassed in the container), a pressurized fluid is introduced into the container and isostatic pressing to cure the resin. It is preferable to interpose a release film of fluorine resin between the metal plate and the rubber pack.
薄膜(フィルム)パックの材質は,加圧に耐え,流体を浸透しない材質であればよく,ゴムであれば,アクリルゴム(140〜150℃),シリコーンゴム(180〜200℃),フッ素ゴム(> 200℃),また樹脂であれば,ポリフェニレンスルフィド,ポリエチレンナフタレート,ポリアリーレンアミド,ポリイミド,ポリエーテル,エーテルケトン等を用いることができる。 The material of the thin film (film) pack may be any material that can withstand pressure and does not permeate the fluid, and in the case of rubber, acrylic rubber (140 to 150 ° C.), silicone rubber (180 to 200 ° C.), fluoro rubber > 200 ° C.), and if it is a resin, polyphenylene sulfide, polyethylene naphthalate, polyarylene amide, polyimide, polyether, ether ketone and the like can be used.
熱硬化性樹脂を用いて被覆層を形成した場合には,流体によって等方加圧するとともに加熱する。熱可塑性樹脂を用いて前記被覆層を形成した場合には,流体によって等方加圧するとともに加熱し(被覆層が変形しない程度に),その後,急冷するとよい。 When a coating layer is formed using a thermosetting resin, the fluid is pressurized and heated by the fluid. When the covering layer is formed using a thermoplastic resin, it is preferable to apply isostatic pressing and heating with a fluid (to the extent that the covering layer is not deformed) and then rapidly cool it.
以上のようにして,被覆層を金属板表面に形成したのち,これを流体を用いて等方加圧して硬化させているから,被覆層を金属板に残留応力を生じさせることなく密着させることができるとともに,被覆層を均一に密着させることができる。 As described above, after the coating layer is formed on the surface of the metal plate, the coating layer is cured by isostatic pressing using a fluid, so that the coating layer adheres to the metal plate without causing any residual stress. And the covering layer can be uniformly adhered.
図12に示す形成品10Hは,金属平板11Hの一表面に,枠12hを有する被覆層(耐食層)12Hが形成され,被覆層12Hの上に,さらに枠12hと同じ高さの多数の多孔質リブ16を間隔をあけて平行に設けたものである。多孔質リブ16により図10に示すものと同じような流路が形成される。
In a formed
図13に示す形成品10Jにおいては,金属平板11Jの一表面に,枠11jを有する被覆層(耐食層)12Jが形成され,被覆層12Jの上に枠11jと同じ高さの多数の多孔質リブ16が平行に形成されているとともに,金属平板11Jの他表面にも被覆層(耐食層)17が形成されたものである。
In a formed
図14に示す形成品10Kにおいては,金属平板11Kの両面に被覆層(耐食層)12K,17が形成され,これらの被覆層12K,17の上に,多数の多孔質リブ18,19が平行に形成されているものである。多孔質リブ18と19の高さ,幅等は異なる。
In the formed
図15に示す形成品10Mにおいては,金属平板11Mの両面に被覆層(耐食層)12M,17が形成され,これらの被覆層12M,17の上に,断面台形状の多数の多孔質リブ18A,19Aが平行に形成されているものである。多孔質リブ18Aと19Aの高さ,幅等は異なる。
In the formed
図12から図15に示す形成品10H〜10Mもまた燃料電池のセパレータとして利用できる。多孔質リブ内を気体または流体が通過することができる。
The
多孔質リブもまた導電材と高分子樹脂の混合物を含む構成とすることができる。炭素系導電材の含有率を調整することにより,多孔質リブの流体抵抗(気孔率)を調整(制御)することができる。特に炭素繊維を多く混入すると流体抵抗が減少する(気孔率が大きくなる)。逆に,高分子樹脂の含有率を増加させることにより流体抵抗を高くする(気孔率を小さくする)ことができる。 The porous rib can also be configured to include a mixture of a conductive material and a polymer resin. By adjusting the content of the carbon-based conductive material, the fluid resistance (porosity) of the porous rib can be adjusted (controlled). In particular, when a large amount of carbon fiber is mixed, the fluid resistance is reduced (the porosity is increased). Conversely, the fluid resistance can be increased (porosity can be decreased) by increasing the content of the polymer resin.
このような形成品10H〜10Mもまた,流体による等方加圧により形成することができる。たとえば熱硬化性樹脂を用いる場合,炭素系導電材粉末(および,必要ならば炭素繊維),樹脂粉末および揮発性溶剤を混練してペースト状にする。このペーストには,被覆層(耐食層)用のものと,多孔質リブ用のものを用意しておく。そして,金属平板上に,まず被覆層のパターンをプリント,スタンプ,絞り出し等により形成し,乾燥させて溶剤を揮発させる。次に,多孔質リブのパターンを被覆層上に同様の方法により形成し,乾燥させて溶剤を揮発させる。上記のすべてのパターンが形成された金属平板の全体を軟質の薄いゴム・パックに入れ,ゴム・パック内を真空に脱気した後,ゴム・パックを耐圧容器に入れ(または耐圧容器内で脱気し),加熱流体を容器内に導入して,加圧,加熱流体で等方加圧,加熱して樹脂を硬化させる。被覆層の枠の高さと多孔質リブの高さ(厚さ)を最終的に同じ高さ(厚さ)にするために,樹脂硬化の際の収縮の程度に応じて,これらの枠やリブ等の高さ(厚さ)をパターン作製時に調整しておくことが好ましい。
上述した種々の形成品の大量生産の方法について,図10に示す形成品10Gを例に用いて,図16から図19を参照して説明する。形成品10Gは被覆層12Gが等方加圧により硬化された後のものである。被覆層の樹脂を硬化させる前の半形成品を10gで示す。
A method for mass production of the various articles described above will be described with reference to FIGS. 16 to 19 using the
合成ゴムまたは合成樹脂によるパック(包装)用フィルム31がロール31Aに巻回されている。また,フッ素系樹脂による離型フィルム32がロール32Aに巻回されている。これらのフィルム31,32をロール31A,32Aから引き出し,ローラ33,34等で案内しながら,漸次,幅方向の中央が最下端で折返すように,幅方向に2つ折りにしていく。離型フィルム32がフィルム31の内側になる。2つ折りにされて搬送されていくフィルム32内に,上から半形成品10gを入れる。フィルム31,32の幅方向の上端部は熱ローラ35により挟持されて熱溶着される。このようにして,多数の半形成品10gを適当な間隔をあけて包み込んだ細長い帯状のパック41ができる。このパック41の先端はあらかじめの熱溶着等により封止されている。
A film (packing)
すなわち,図17に示すように,帯状のパック41は折り返された側辺を除いて,他の側辺および両端で密着され(密着部分を二重のハッチング41Aで示す),閉じている。一端には脱気用の細孔42をあけておく。脱気孔に,一方向弁または逆流防止弁(パック内から脱気する方向にのみ気体を通す)を取付けておいてもよい。半形成品10gは間をあけてパック41内に入っている。離型フィルムが半形成品10gに直接に接していることになる。離型フィルム32は部分41Aでフィルム31と一緒に密着しなくてもよい。離型フィルムは半形成品の表面を覆っていればよい。
That is, as shown in FIG. 17, the band-
図18に示すように,多数の半形成品10gを間隔をあけて封入した帯状パック41はコンベア52によって搬送され,スタッカの台50に積み重ねられていく。すなわち,まず,最初の半形成品10gを入れた部分を台50に載せ,台50を少し下げながら,コンベア52によって次の半形成品10gを送り出していくとともに,コンベア52自体も前方向,または後方向に移動させながら,台50上に置かれた半形成品10gの部分の上に次の半形成品10gの部分を重ねていく。このとき,上下の半形成品10gの間に,多孔質のスペーサ51を挿入する(紙面のこちら側,または向こう側から挿入する)。
As shown in FIG. 18, a
このようにして,スペーサ51を間に入れながら,パック内の半形成品10gの部分ごとに折り返されて積み重ねられスタック全体を,図19に示す耐圧容器(タンク)61内に入れる。ポンプ装置64は耐圧容器61内を真空に引くとともに,加熱流体容器62または冷却流体容器63内を加圧するものである。
In this manner, the entire stack is put back in the pressure container (tank) 61 shown in FIG. The
半形成品10gの被覆層12Gが熱硬化性樹脂の場合の樹脂硬化処理について説明する。
A resin curing process in the case where the
ポンプ装置64から耐圧容器61および冷却流体容器63に空気管が引かれ,ここにバルブ72,78が設けられている。冷却流体容器63と耐圧容器61との間の液体配管にバルブ79が設けられている。ポンプ装置64から加熱流体容器62に配設された空気管にバルブ74が,加熱流体容器62と耐圧容器61の上,下部との間の配管にバルブ76,75がそれぞれ設けられている。各容器61,62,63にはガス抜き用のバルブ71,73,77が設けられている。
An air pipe is drawn from the
耐圧容器61に連通する管のバルブ71,75,76,79を閉じ,バルブ72のみを開いて,ポンプ64を真空ポンプとして作動させる。耐圧容器61内は脱気されていく。これにより,耐圧容器61内に収容されたスタックの帯状パック41の内部も脱気孔42(または一方向弁)を通して脱気されていく。パック41の内部が真空になればよい。
The
この後,バルブ72を閉じる。加熱流体容器62内には加熱した流体(油,水等)が入っている。バルブ73を閉じ,バルブ74,75を開いて,ポンプ64を加圧ポンプとして作動させる。ポンプ64からの加圧空気はバルブ74を通して容器62内に送られ,容器62内の加熱流体を押し出す。加熱流体はバルブ75を通って容器61に送られる。容器61が加熱流体で満たされると,容器61内を加圧した状態に保持して(バルブ75を閉じて)所定時間放置する。これにより,パック41内の半形成品10gの被覆層12Gは加熱,加圧され,その樹脂が硬化する。パック内の半形成品10g間には多孔質スペーサ51が介装されているので,半形成品10gの表面には,加熱流体によってあらゆる方向から等しい圧力が加わる(等方加圧)。これにより被覆層12Gは金属平板11Gに均等に密着して硬化する。
After this, the
被覆層12Gが硬化したのち,バルブ76を開き,バルブ78,79を開いて,ポンプ64により冷却流体を容器63から押し出し,容器61内に下から流入させる。容器61内の加熱流体はバルブ76を通して容器62に戻る。
After the
冷却流体を容器61内に満たしてパック41とその内部の形成品10Gを冷却させると,バルブ71,バルブ79,77を開いて流体を自重によりバルブ79を通して容器63内に戻す。
When the cooling fluid is filled in the
熱可塑性樹脂により形成された被覆層を持つ半形成品の場合には,半形成品を耐圧容器61内で加熱流体により樹脂が少し軟らかくなる程度に加熱し,その後,冷却流体を容器61内に導入して急冷し,樹脂を硬化させるとよい。
In the case of a semi-formed product having a coating layer formed of a thermoplastic resin, the semi-formed product is heated in the
この後,形成品が入ったパックのスタックを耐圧容器61から取出し,パックの表面の流体を洗浄し,カッターでパックを開いて,内部の形成品を取り出せばよい。
Thereafter, the stack of packs containing the formed product is taken out from the
以上のようにして,多数の半形成品を帯状パック内に入れて一挙に等方加圧して樹脂を硬化させるので,上述した方法とシステムは大量生産に適している。 As described above, since a large number of semi-formed products are placed in a band-like pack and isostatic pressing is performed once to cure the resin, the above-described method and system are suitable for mass production.
この発明による方法により製作した形成品は,金属板の表面に樹脂による被覆層が均一に密着しているので燃料電池のセパレータ,その他の用途に利用できる。 The formed article manufactured by the method according to the present invention can be used for fuel cell separators and other applications because the resin coating layer is uniformly adhered to the surface of the metal plate.
Claims (20)
前記金属対象物を入れた前記パックを支持する多孔質スペーサと,
前記金属対象物を入れた前記パックと前記多孔質スペーサとを入れる耐圧容器と,
加圧流体を貯留するための貯留タンクと,
前記貯留タンク内の加圧流体を前記耐圧容器内に加圧して導入する加圧ポンプと,
を有する金属対象物表面の被覆層を硬化させるための装置。 A thin film pack for containing a metal object having a coating layer containing a resin formed on at least a part of the surface;
A porous spacer supporting the pack containing the metal object;
A pressure vessel containing the pack containing the metal object and the porous spacer;
A storage tank for storing pressurized fluid;
A pressurizing pump for pressurizing and introducing pressurized fluid in the storage tank into the pressure container;
Device order to cure the coating layer of the metal object surface having.
前記金属対象物を収納した前記パックと前記パックを支持する多孔質スペーサとを前記耐圧容器内に入れ,
脱気孔を有する前記パック内と前記耐圧容器内を前記真空ポンプにより脱気し,
前記耐圧容器内に前記貯留タンク内の加圧流体を前記加圧ポンプにより加圧して導入する,
請求項17に記載の装置を用いた方法。 Place the metal object in a thin film pack,
The pack containing the metal object and a porous spacer for supporting the pack are placed in the pressure container,
Degassing the inside of the pack having the degassing holes and the inside of the pressure container by the vacuum pump;
The pressurized fluid in the storage tank is pressurized by the pressurizing pump and introduced into the pressure resistant container,
A method using the device according to claim 17.
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