JP7477337B2 - Fuel cell separator processing equipment - Google Patents
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Description
本開示は、燃料電池用セパレータの処理装置に関する。 This disclosure relates to a processing device for fuel cell separators.
燃料電池用セパレータの処理装置として、金属からなる基材の表面に導電性の膜を形成する表面処理を行うものが知られている。特許文献１には、以下のようにして導電性の膜を形成する技術が記載されている。カーボンブラックと、５００度以下の加熱により残渣なく分解する樹脂と、を基材に塗布する。炉内で、低酸素分圧下で熱処理を行う軽酸化処理工程を行う。 A known treatment device for fuel cell separators is one that performs surface treatment to form a conductive film on the surface of a metal substrate. Patent Document 1 describes a technique for forming a conductive film as follows: Carbon black and a resin that decomposes without leaving any residue when heated at 500 degrees or less are applied to the substrate. A light oxidation treatment process is then carried out in a furnace, where heat treatment is carried out under low oxygen partial pressure.
軽酸化処理工程において、樹脂が揮発して汚染物質であるガスが発生する。このガスを除去するために真空排気が行われる。真空排気を行う排気口が炉の上部にある場合、汚染物質が炉の上部に堆積する場合がある。この場合、汚染物質が落下して、炉内に配置されている基材に付着するおそれがある。そのため、基材が汚染されることを抑制できる技術が求められていた。 In the light oxidation treatment process, the resin volatilizes and generates gas that is a pollutant. Vacuum evacuation is performed to remove this gas. If the exhaust port for vacuum evacuation is located at the top of the furnace, the pollutants may accumulate at the top of the furnace. In this case, there is a risk that the pollutants will fall and adhere to the substrate placed inside the furnace. For this reason, there was a demand for technology that could prevent the substrate from becoming contaminated.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池用セパレータの処理装置が提供される。この処理装置は、収容されているコイル状に巻かれた長尺帯状のチタン基材を搬送ローラによって巻きだし、予め定められた閾値以下の低酸素分圧の環境下において、予め定められた範囲内の温度で前記チタン基材に熱処理を行い、前記チタン基材を巻き取る軽酸化処理手段を備え、前記軽酸化処理手段は、前記軽酸化処理手段において真空排気を行う排気口を備え、前記排気口は、前記軽酸化処理手段内に配置された前記チタン基材よりも下方となる前記処理装置の下面であり、前記コイル状に巻かれた前記チタン基材と巻き取られた前記チタン基材との間に配置されている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized in the following forms.
According to one aspect of the present invention, there is provided a fuel cell separator processing apparatus comprising light oxidation processing means for unwinding a coiled, long strip-shaped titanium substrate stored therein using a transport roller, heat-treating the titanium substrate at a temperature within a predetermined range in an environment of a low oxygen partial pressure equal to or below a predetermined threshold, and winding up the titanium substrate, the light oxidation processing means comprising an exhaust port for evacuating the light oxidation processing means, the exhaust port being located on the underside of the processing apparatus below the titanium substrate placed in the light oxidation processing means, and between the coiled titanium substrate and the wound up titanium substrate.
本開示の一形態によれば、燃料電池用セパレータの処理装置が提供される。この処理装置は、チタン基材を収容し、予め定められた閾値以下の低酸素分圧の環境下において、予め定められた範囲内の温度で前記チタン基材に熱処理を行う軽酸化処理手段を備える。前記軽酸化処理手段は、前記軽酸化処理手段において真空排気を行う排気口を備え、前記排気口は、前記軽酸化処理手段内に配置された前記チタン基材よりも下方となる前記処理装置の下面に配置されている。この形態の処理装置によれば、軽酸化処理手段における真空排気を行う排気口はチタン基材よりも下方となる処理装置の下面に配置されているため、汚染物質が軽酸化処理手段内の上部に堆積することを抑制でき、基材が汚染されることを抑制できる。 According to one embodiment of the present disclosure, a fuel cell separator treatment device is provided. The treatment device includes a light oxidation treatment means for accommodating a titanium substrate and performing heat treatment on the titanium substrate at a temperature within a predetermined range in an environment with a low oxygen partial pressure equal to or below a predetermined threshold. The light oxidation treatment means includes an exhaust port for performing vacuum exhaust in the light oxidation treatment means, and the exhaust port is disposed on the underside of the treatment device below the titanium substrate disposed in the light oxidation treatment means. According to this embodiment of the treatment device, the exhaust port for performing vacuum exhaust in the light oxidation treatment means is disposed on the underside of the treatment device below the titanium substrate, so that it is possible to prevent contaminants from accumulating in the upper part of the light oxidation treatment means, and thus to prevent the substrate from being contaminated.
なお、本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、処理装置を用いて処理した燃料電池セパレータや、軽酸化処理装置等の態様で実現することが可能である。 This disclosure can be realized in various forms, such as a fuel cell separator treated using a treatment device, or a light oxidation treatment device.
Ａ．実施形態：
図１は、本実施形態における燃料電池用セパレータの処理装置を用いた表面処理の一例を示す工程図である。表面処理とは、燃料電池用セパレータとして用いられるチタン基材の表面に導電性の膜を形成する処理である。本実施形態において、「チタン基材」とは、純チタンまたはチタン合金からなる基材である。
A. Embodiments:
1 is a process diagram showing an example of a surface treatment using a fuel cell separator treatment device in this embodiment. The surface treatment is a treatment for forming a conductive film on the surface of a titanium substrate used as a fuel cell separator. In this embodiment, the "titanium substrate" is a substrate made of pure titanium or a titanium alloy.
まず、ステップＳ１００において、圧延工程が行われる。「圧延工程」とは、チタン基材を圧延（プレス）する工程である。圧延工程によって、チタン基材は、例えば、０．０５～１ｍｍ程度の厚さになる。本実施形態において、圧延工程前後におけるチタン基材は、コイル状に巻かれた長尺帯状である。チタン基材はこれに限らず、所定の大きさに裁断した板状であってもよい。 First, in step S100, a rolling process is performed. The "rolling process" is a process in which the titanium base material is rolled (pressed). Through the rolling process, the titanium base material is reduced to a thickness of, for example, about 0.05 to 1 mm. In this embodiment, the titanium base material before and after the rolling process is in the form of a long strip wound into a coil. The titanium base material is not limited to this, and may be in the form of a plate cut to a specified size.
次に、ステップＳ１１０において、焼鈍工程が行われる。「焼鈍工程」とは、ステップＳ１００で圧延したチタン基材を焼き鈍して、洗浄する工程である。焼鈍工程によって、チタン基材は軟化する。 Next, in step S110, an annealing process is performed. The "annealing process" is a process in which the titanium base material rolled in step S100 is annealed and washed. The annealing process softens the titanium base material.
続いて、ステップＳ１２０において、塗工工程が行われる。「塗工工程」とは、ステップＳ１１０で焼鈍したチタン基材の表面にカーボンブラックとバインダー樹脂とを塗布する工程である。バインダー樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエチレン、プリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等を単独または2種類以上を混合して用いることができる。 Next, in step S120, a coating process is carried out. The "coating process" is a process in which carbon black and a binder resin are applied to the surface of the titanium substrate annealed in step S110. As the binder resin, for example, acrylic resin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyurethane, etc. can be used alone or in a mixture of two or more types.
最後に、ステップＳ１３０において、軽酸化処理工程が行われる。「軽酸化処理工程」とは、ステップＳ１２０においてカーボンブラックとバインダー樹脂とを塗工したチタン基材に、予め定められた閾値以下の低酸素分圧の環境下において、予め定められた範囲内の温度で熱処理を行う工程である。この処理において、チタン基材の表面に酸化チタン層が形成される。「予め定められた閾値」とは、カーボンブラックの酸化分解が過度にならない分圧値であり、予めシミュレーションや実験を行うことにより定めることができる。「予め定められた範囲」とは、バインダー樹脂が分解される温度の範囲であり、予めシミュレーションや実験を行うことにより定めることができる。つまり、軽酸化処理工程においては、カーボンブラックの燃焼が起こりにくく、かつ、酸化チタンの形成が起こる条件となる酸素分圧値と温度が採用される。 Finally, in step S130, a light oxidation process is performed. The "light oxidation process" is a process in which the titanium substrate coated with carbon black and binder resin in step S120 is heat-treated at a temperature within a predetermined range in an environment with a low oxygen partial pressure below a predetermined threshold. In this process, a titanium oxide layer is formed on the surface of the titanium substrate. The "predetermined threshold" is a partial pressure value at which the oxidative decomposition of carbon black is not excessive, and can be determined in advance by performing simulations or experiments. The "predetermined range" is a temperature range at which the binder resin is decomposed, and can be determined in advance by performing simulations or experiments. In other words, in the light oxidation process, an oxygen partial pressure value and temperature are adopted that are conditions at which carbon black is unlikely to burn and at which titanium oxide is formed.
図２は、軽酸化処理工程を行う処理装置１００の概略図である。処理装置１００は、軽酸化処理工程を行う軽酸化処理手段１０１を備える。図示の便宜上省略されているが、軽酸化処理手段１０１は、軽酸化処理手段１０１以外に、電源や排気装置等を備える。軽酸化処理手段１０１は、チタン基材Ｔｆを収容し、処理する炉であり、複数の搬送ローラ１０と、ヒータ２０と、排気口３０とを備える。
Figure 2 is a schematic diagram of a processing device 100 that performs a light oxidation treatment process. The processing device 100 is equipped with a light oxidation treatment means 101 that performs the light oxidation treatment process. Although omitted for convenience of illustration, the light oxidation treatment means 101 is equipped with a power source, an exhaust device, etc. in addition to the light oxidation treatment means 101. The light oxidation treatment means 101 is a furnace that contains and treats the titanium substrate Tf, and is equipped with
搬送ローラ１０は、コイル状のチタン基材Ｔｓからチタン基材Ｔｆを巻きだし、図２に示す白抜き矢印Ａ方向に搬送する。ヒータ２０は、チタン基材Ｔｆに予め定められた範囲内で熱処理を行う。本実施形態において、ヒータ２０は、搬送ローラ１０と、巻き取られたチタン基材Ｔｅとの間に配置されている。排気口３０は、軽酸化処理手段１０１の炉内から真空排気を行う。真空排気により、軽酸化処理手段１０１の炉内が、所定の酸素分圧の環境となる。排気口３０は、軽酸化処理手段１０１内に配置されたチタン基材Ｔｓ、Ｔｆ、Ｔｅよりも下方となる処理装置１００の下面に配置されている。本実施形態において、排気口３０は、軽酸化処理手段１０１の下面に配置されている。各装置図において、黒矢印Ｂで上方向を示している。軽酸化処理手段１０１においては、予め定められた閾値以下の低酸素分圧の環境下において、予め定められた範囲内の温度で、チタン基材Ｔｆに熱処理が行われる。
The conveying
図３は、処理装置の比較例の概略図である。比較例における処理装置１００Ａは、排気口３０を軽酸化処理手段１０１内に配置されたチタン基材Ｔｆよりも上方に備える点が、本実施形態と異なる。比較例において、バインダー樹脂が揮発して発生する汚染物質が炉の上部に堆積する場合がある。この場合、汚染物質が落下して、炉内に配置されているチタン基材Ｔｆに付着するおそれがある。
Figure 3 is a schematic diagram of a comparative example of a processing device. The processing device 100A in the comparative example differs from this embodiment in that the
図４は、本実施形態と比較例の不良率を比較したグラフである。「不良率」とは、軽酸化処理工程（図１、ステップＳ１３０）を行った後のチタン基材Ｔｆを１ｍ単位の区画に分割し、チタン基材Ｔｆの全長における、直径０．７ｍｍ以上の汚染（以下、「不良」とも言う）が含まれていた区画の長さの割合である。不良の検出は画像解析によって行われる。図４に示すように、本実施形態における不良率は比較例における不良率よりも小さい。つまり、本実施形態では、チタン基材Ｔｆの汚染が抑制されている。 Figure 4 is a graph comparing the defect rate of this embodiment and the comparative example. The "defect rate" is the ratio of the length of the section that contains contamination with a diameter of 0.7 mm or more (hereinafter also referred to as "defect") to the total length of the titanium substrate Tf, which is divided into sections of 1 m each after the light oxidation treatment process (Figure 1, step S130). Defects are detected by image analysis. As shown in Figure 4, the defect rate in this embodiment is smaller than the defect rate in the comparative example. In other words, in this embodiment, contamination of the titanium substrate Tf is suppressed.
以上で説明した本実施形態の燃料電池用セパレータの処理装置１００によれば、軽酸化処理手段１０１における真空排気を行う排気口はチタン基材Ｔｆよりも下方となる処理装置１００の下面に配置されている。このため、汚染物質が軽酸化処理手段１０１内の上部に堆積することを抑制でき、チタン基材Ｔｆが汚染されることを抑制できる。 According to the fuel cell separator processing device 100 of this embodiment described above, the exhaust port for vacuum exhaust in the light oxidation processing means 101 is located on the underside of the processing device 100, which is below the titanium substrate Tf. This makes it possible to prevent contaminants from accumulating in the upper part of the light oxidation processing means 101, and to prevent the titanium substrate Tf from becoming contaminated.
Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）図５は、他の実施形態における処理装置１００Ｂの説明図である。上記実施形態において、ヒータ２０は、搬送ローラ１０と、巻き取られたチタン基材Ｔｆとの間に配置されている。この代わりに、ヒータ２０は、図５に示すように、搬送ローラ１０同士の間に設けられていてもよい。つまり、ヒータ２０は、軽酸化処理手段１０１内の上部に水平方向に沿って設けられていてもよい。これにより、軽酸化処理手段１０１の炉における上下方向の長さを短くすることができる。そのため、軽酸化処理手段１０１を小型化することができる。また、軽酸化処理手段１０１を小型化できるため、軽酸化処理手段１０１の炉内の排気効率を向上することができる。
B. Other embodiments:
(B1) Fig. 5 is an explanatory diagram of a processing apparatus 100B in another embodiment. In the above embodiment, the
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be realized in various configurations without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the Summary of the Invention column can be replaced or combined as appropriate to solve the above-described problems or to achieve some or all of the above-described effects. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
１０…搬送ローラ、２０…ヒータ、３０…排気口、１００、１００Ａ、１００Ｂ…処理装置、１０１…軽酸化処理手段、Ｔｓ、Ｔｅ、Ｔｆ…チタン基材 10...conveyor roller, 20...heater, 30...exhaust port, 100, 100A, 100B...treatment device, 101...light oxidation treatment means, Ts, Te, Tf...titanium substrate
Claims (1)
収容されているコイル状に巻かれた長尺帯状のチタン基材を搬送ローラによって巻きだし、予め定められた閾値以下の低酸素分圧の環境下において、予め定められた範囲内の温度で前記チタン基材に熱処理を行い、前記チタン基材を巻き取る軽酸化処理手段を備え、
前記軽酸化処理手段は、前記軽酸化処理手段において真空排気を行う排気口を備え、
前記排気口は、前記軽酸化処理手段内に配置された前記チタン基材よりも下方となる前記処理装置の下面であり、前記コイル状に巻かれた前記チタン基材と巻き取られた前記チタン基材との間に配置されている、処理装置。 A fuel cell separator treatment device, comprising:
a light oxidation treatment means for unwinding a stored, coiled, long strip-shaped titanium base material by a transport roller , heat- treating the titanium base material at a temperature within a predetermined range in an environment of a low oxygen partial pressure equal to or lower than a predetermined threshold, and winding up the titanium base material ;
the light oxidation treatment means is provided with an exhaust port for performing vacuum evacuation in the light oxidation treatment means,
The exhaust port is located on the underside of the treatment device below the titanium substrate disposed in the light oxidation treatment means, and is located between the coiled titanium substrate and the wound titanium substrate .
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