成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法
【課題】成形品同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】圧縮成形用金型１０では、金型部材１は凹部１ａを有し、金型部材２は凹部１ａに対応して設けられた凸部２ａを有している。凸部２ａは凹部１ａの底面と対向する上面２ａ1に突起部２ｅを有している。突起部２ｅは、凸部２ａの側面２ａ2に繋がる側面２ｅ2とキャビティに面する頂面２ｅ1とを有し、かつ上面２ａ1の縁部の一部または全周を取り囲むように形成されている。
【解決手段】圧縮成形用金型１０では、金型部材１は凹部１ａを有し、金型部材２は凹部１ａに対応して設けられた凸部２ａを有している。凸部２ａは凹部１ａの底面と対向する上面２ａ1に突起部２ｅを有している。突起部２ｅは、凸部２ａの側面２ａ2に繋がる側面２ｅ2とキャビティに面する頂面２ｅ1とを有し、かつ上面２ａ1の縁部の一部または全周を取り囲むように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応から電力を得る燃料電池においては、近年ポ−タブル機器、自動車等の種々の用途への適用が検討されている。燃料電池は、電解質膜、電極およびセパレータからなる基本構成単位、すなわち単位セルが通常直列に数十〜数百セル積層された構造を有する。一般的な燃料電池の製造方法では電解質膜および電極は予め電解質膜／電極接合体（ＭＥＡ）として形成され、これにセパレータが配置される。セパレータとしては、水素等の燃料と、空気または酸素からなる酸化剤と、セルを冷却するための冷媒とをそれぞれ供給するための流路を少なくとも片面に形成したものが用いられる。
【０００３】
セパレータでは、隣接するＭＥＡとの電気的な接続を確保して燃料電池の発電効率を高めるために十分な導電性を備えることが必要であるが、これに加えて、単位セルの積層構造を支えるために十分な機械的強度が必要とされる。また、燃料電池の小型化の要求に伴い近年ではセパレータの薄肉化も求められている。さらに、単位セルの積層構造における単位セル間の接触抵抗を低減するために厚み精度の向上も求められている。
【０００４】
従来の燃料電池用セパレータは、樹脂と炭素材料とを含む成形材料を圧縮成形用金型内に投入し加圧することによって成形される。このような燃料電池用セパレータを形成するための成形用金型の構造は従来から各種提案されている（例えば特許文献１〜５参照）。
【０００５】
この圧縮成形用金型には、（１）金型内および成形材料中の空気を効率よく金型外に排出できること、（２）金型内に余分に充填した成形材料を金型外に排出できることが求められる。
【０００６】
一般的に、従来の圧縮成形用金型は、図２９（ａ）に示すように、凹部（キャビティ）１０１ａを有する凹型１０１と、凸部（コア）１０２ａを有する凸型１０２とから構成されている。そして、上記（１）、（２）を満たすために、凹部１０１ａの側壁と凸部１０２ａの側壁とを対向させたシェアエッジ（図中領域Ｐ）が設けられている。
【０００７】
このような金型を用いて成形材料１２０ａを成形すると、余剰分の成形材料は凹部１０１ａからフローアウトして、シェアエッジの隙間（クリアランス）へ排出され、かつ金型内および成形材料中の空気も効率よく金型外へ排出され得る。
【０００８】
また金型として、図３０（ａ）に示すように、凹部１０１ａを有する金型１０１と、凹部１０２ａを有する金型１０２とから構成される合わせ型の圧縮成形用金型もある。この合わせ型の金型では、構造が簡単で、金型全体の厚みを薄くすることもできる。
【特許文献１】特開２００１−１９８９２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７０４５９号公報
【特許文献３】特開２００４−２３０７８８号公報
【特許文献４】特開２００４−７１３３４号公報
【特許文献５】特許第３７５１９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２９（ａ）に示す従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型では、図２９（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じる。また図３０（ａ）に示す従来の合わせ型の圧縮成形用金型では、図３０（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じる。
【００１０】
燃料電池において複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときには、成形品同士を十分に接触させる必要がある。しかし、図２９（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じていると、成形品１２０同士を十分に接触させることができないという問題がある。
【００１１】
また複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときの位置決めの精度は成形品の外周形状により決定される。しかし、図３０（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じていると、位置決め精度が悪化して精度よく成形品１２０を積み重ねることができないという問題がある。
【００１２】
また成形品の外周部だけでなく、成形品面内の貫通孔等にも上記のような樹脂バリが生じる。よって、貫通孔部分に形成された樹脂バリによって、上記と同様に、成形品同士を十分に接触させることができないという問題もある。
【００１３】
また、これらの樹脂バリを取り除くためには、複雑なバリ取り加工工程が必要となる。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、成形品同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の成形用金型は、成形材料を成形するための成形用金型であって、第１の金型部材と、第２の金型部材とを備えている。第１の金型部材は、第１の凹部を有している。第２の金型部材は、第１の凹部に対応して設けられた第１の凸部を有している。第１の凸部は、第１の凹部の底面と対向する上面に突起部を有している。その突起部は、第１の凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ上面の縁部の一部または全周を取り囲むように形成されている。
【００１５】
本発明の成形用金型によれば、第１の金型部材の凹部と第２の金型部材の凸部とにより成形材料が成形されるため、成形品のバリは当該凸部の上面に交差する方向に生じる。ここで、当該凸部の上面縁部に突起部が設けられているため、その突起部の頂面を起点としてバリが生じる。これにより、バリの生じる起点を当該凸部の上面よりキャビティ側にすることができるため、バリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができる。このため、成形品を積み重ねるときに成形品同士を十分に接触させることが可能となる。また、成形品のバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００１６】
上記の成形用金型において好ましくは、第１の金型部材は第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有し、第１の凸部と第１の凹部とを対応させて第１の金型部材と第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、第２の凸部の上面は第１の凹部の底面に対して第１の凸部の上面よりも下側に位置している。
【００１７】
これにより、脱型する際に、バリが第１の凸部の上面位置よりもキャビティ側で折れるため、バリが第１の凸部の上面から突き出すことが防止される。
【００１８】
上記の成形用金型において好ましくは、第２の金型部材は、第１の凸部の側面と第１の凸部の側面に繋がる突起部の側面とから構成された連結側面を有している。連結側面は、第１の側面部分と、第１の側面部分よりも突起部の頂面側に位置する第２の側面部分とを有している。第１の凹部の底面の垂線に対する第２の側面部分の傾斜角度は、その垂線に対する第１の側面部分の傾斜角度よりも大きい。
【００１９】
これにより、成形品が脱型と同時にバリの部分で折れるため、脱型後にバリ部分を取り外す作業が不要となる。
【００２０】
上記の成形用金型において好ましくは、第２の金型部材は、第１の凸部の側面と第１の凸部の側面に繋がる突起部の側面とから構成された連結側面を有している。第１の金型部材は第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有している。第２の金型部材は第１の凸部の周囲を取り囲み、かつ第２の凸部に対応して設けられた第２の凹部を有している。第１の凸部と第１の凹部とを対応させて第１の金型部材と第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、連結側面と第２の凸部との最短距離が第２の凸部の上面と第２の凹部の底面との距離よりも小さい。
【００２１】
これにより、脱型の際に、第２の凸部の上面と第２の凹部の底面との間よりも連結側面と第２の凸部との間の方が割れやすくなる。このため、脱型の際にバリが第１の凸部の上面から突き出すことが抑制される。
【００２２】
本発明の他の成形用金型は、成形材料を成形して成形品を形成するための成形用金型であって、第１の金型部材と、第２の金型部材とを備えている。第１の金型部材は、成形品に孔を形成するための孔形成用凸部およびその孔形成用凸部の周囲を取り囲む凹部を有している。第２の金型部材は、孔形成用凸部に対応して設けられた孔形成用凹部およびその孔形成用凹部の周囲を取り囲む凸部を有している。第２の金型部材の凸部は、凹部の底面に対向する上面に突起部を有している。突起部は、第２の金型部材の凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ孔形成用凹部の全周を取り囲むように形成されている。
【００２３】
本発明の他の成形用金型によれば、第１の金型部材の孔形成用凸部と第２の金型部材の孔形成用凹部とにより成形材料に孔が成形されるため、成形品のバリは当該孔形成用凸部の上面に交差する方向に生じる。ここで、孔形成用凹部の全周を取り囲むように第２の金型部材の凸部に突起部が設けられているため、その突起部の頂面を起点としてバリが生じる。これにより、バリの生じる起点を当該凸部の上面よりキャビティ側にすることができるため、バリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができる。このため、成形品を積み重ねるときに成形品同士を十分に接触させることが可能となる。また、成形品のバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００２４】
上記の他の成形用金型において好ましくは、成形品の孔に接続された流路を形成するための流路形成用凸部は、流路が接続される孔を形成するための孔形成用凸部に接続するように第１の金型部材に形成されている。
【００２５】
仮に流路と孔とが接続される表面側にバリが生じる場合には、流路と孔との接続部にバリが存在することになり、流路−孔間における流体の流れが阻害される。しかし、上記の他の成形用金型では、流路形成用凸部と孔形成用凸部とが接続される第１の金型部材とは反対側の第２の金型部材に突起部が形成されているため、流路と孔との接続部にバリが生じることはない。よって、バリにより流体の流れが阻害されることはない。
【００２６】
本発明の燃料電池用セパレータは、マニホールド用の孔とその孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、その燃料電池用セパレータの互いに対向する表面のいずれか一方に、燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部で内周側が凹部よりなる段部が形成されている。
【００２７】
本発明の燃料電池用セパレータによれば、燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部で内周側が凹部よりなる段部が形成されている。この凸部はバリであるが、バリの内周側に凹部があるため、バリ発生の起点は凹部の底面からとなる。このため、バリが燃料電池用セパレータの表面から突き出すことは抑制される。このため、燃料電池用セパレータを積み重ねるときに燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。また、燃料電池用セパレータのバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で燃料電池用セパレータを位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００２８】
本発明の他の燃料電池用セパレータは、マニホールド用の孔とその孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、流路の底面は平坦であり、流路が接続された孔の周囲であって流路が形成された面とは反対側の面に孔を取り囲むように、内周側が凸部で外周側が凹部よりなる段部が形成されている。
【００２９】
本発明の他の燃料電池用セパレータによれば、マニホールド用の孔を取り囲むように、内周側が凸部で外周側が凹部よりなる段部が形成されている。この凸部はバリであるが、バリの外周側に凹部があるため、バリ発生の起点は凹部の底面からとなる。このため、バリが燃料電池用セパレータの表面から突き出すことは抑制される。このため、燃料電池用セパレータを積み重ねるときに燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。また、燃料電池用セパレータのバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で燃料電池用セパレータを位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００３０】
また燃料電池では、燃料ガスと酸素ガスとが反応することにより水が生成される。このため、流路と孔との接続部にバリがあると、この生成水がバリにより流路から孔へ流れ込み難くなり、流路に溜まる。この溜まった水塊が隣のセルに流入することでガスの流れが不安定となり、電池電圧が乱れる。しかし本発明では、バリとなる凸部は流路が形成された面とは反対側の面に形成されるため、流路と孔との接続部にバリが生じることはない。よって、上記の電池電圧の乱れは生じない。
【００３１】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、上記の成形用金型を用いて成形材料を成形する工程を経て燃料電池用セパレータを製造することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、成形品同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを製造することができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように本発明によれば、成形品同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。また図２は図１に示す成形用金型の下型（金型部材１）の賦形側の面を示す概略平面図であり、図３は図１に示す成形用金型の上型（金型部材２）の賦形側の面を示す概略平面図である。また図４、図５および図６の各々は図１の領域Ｒ１、Ｒ３およびＲ４の各々を拡大して示す断面図である。なお図１の断面は、図２のＩ−Ｉ線、図３のＩ−Ｉ線に沿う断面に対応している。
【００３５】
図１〜図３を参照して、本実施の形態の成形用金型１０は、成形材料を成形するための成形用金型であって、金型部材１（図２）と、金型部材２（図３）とを有している。金型部材１は、金型部材２と対向する表面に凹部１ａを有しており、この凹部１ａの周囲を取り囲む凸部１ｄを有している。金型部材２は、金型部材１と対向する表面に、凹部１ａに対応して設けられた凸部２ａを有している。また金型部材２は、この凸部２ａの周囲を取り囲み、かつ凸部１ｄに対応して設けられた凹部２ｄを有している。
【００３６】
図４を参照して、凸部２ａは、凹部１ａの底面１ａ1と対向する上面２ａ1を有し、その上面２ａ1に突起部２ｅを有している。この突起部２ｅは、凸部２ａの側面２ａ2に繋がる側面２ｅ2とキャビティに面する頂面２ｅ1とを有し、かつ図３に示すように上面２ａ1の縁部の全周を取り囲むように形成されている。突起部２ｅは、上面２ａ1の縁部の一部を取り囲むように形成されていてもよい。
【００３７】
なお、本明細書におけるキャビティとは、成形金型の成形品（たとえば図２１〜図２３のセパレータ）に該当する空間部分を意味する。
【００３８】
図１〜図３を参照して、金型部材１は、成形品に孔を形成するための孔形成用凸部１ｂと、成形品に別の孔を形成するための孔形成用凹部１ｃとを有している。金型部材１の凹部１ａは、孔形成用凸部１ｂの周囲を取り囲む凹部であり、また孔形成用凹部１ｃの周囲を取り囲む凸部でもある。
【００３９】
金型部材２は、成形品に孔を形成するための孔形成用凹部２ｂと、成形品に別の孔を形成するための孔形成用凸部２ｃとを有している。金型部材２の凸部２ａは、孔形成用凹部２ｂの周囲を取り囲む凸部であり、また孔形成用凸部２ｃの周囲を取り囲む凹部でもある。
【００４０】
図１を参照して、金型部材１の孔形成用凸部１ｂは金型部材２の孔形成用凹部２ｂに対応して設けられており、また金型部材１の孔形成用凹部１ｃは金型部材２の孔形成用凸部２ｃに対応して設けられている。
【００４１】
図５を参照して、金型部材２の凸部２ａは、金型部材１の凹部１ａの底面１ａ1に対向する上面２ａ1に突起部２ｆを有している。その突起部２ｆは、凸部２ａの側面（孔形成用凹部２ｂの側面）２ａ3に繋がる側面２ｆ2を有し、キャビティに面する頂面２ｆ1を有している。また突起部２ｆは、図３に示すように金型部材２の孔形成用凹部２ｂの全周を取り囲むように形成されている。
【００４２】
図６を参照して、金型部材１の凹部１ａは、金型部材２の凸部２ａの上面２ａ1に対向する底面１ａ1に突起部１ｆを有している。その突起部１ｆは、凹部１ａの側面（孔形成用凹部１ｃの側面）１ｃ2に繋がる側面１ｆ2を有し、キャビティに面する頂面１ｆ1を有している。また突起部１ｆは、図２に示すように金型部材１の孔形成用凹部１ｃの全周を取り囲むように形成されている。
【００４３】
図１〜図３を参照して、金型部材１は、成形品の一方表面に流路を形成するための流路形成用凸部１ｇを凹部１ａの底面１ａ1に有している。流路形成用凸部１ｇの両端の各々は、図２に示すように孔形成用凸部１ｂに接続するように形成されている。この流路形成用凸部１ｇは、突起部２ｆが形成された金型部材２とは反対側の金型部材１に形成されている。
【００４４】
図１〜図３を参照して、金型部材２も、成形品の他方表面に流路を形成するための流路形成用凸部２ｇを凸部２ａの上面２ａ1に有している。流路形成用凸部２ｇの両端の各々は、図３に示すように孔形成用凸部２ｃに接続するように形成されている。この流路形成用凸部２ｇは、突起部１ｆが形成された金型部材１とは反対側の金型部材２に形成されている。
【００４５】
図７〜図９は、図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図である。
図１に示す成形用金型１０において、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、凹部１ａの底面１ａ1に対する、凸部２ａの上面２ａ1の高さＨ11と、凸部１ｄの上面１ｄ1の高さＨ21との関係に関しては、図７に示すように高さＨ11と高さＨ21とが同じ場合と、図８に示すように高さＨ21が高さＨ11よりも高い場合と、図９に示すように高さＨ21が高さＨ11よりも低い場合とがある。これらの場合のうち、図９に示すように高さＨ21が高さＨ11よりも低く、凹部１ａの底面１ａ1に対して凸部１ｄの上面１ｄ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも低い場合が特に好ましい。この場合、凸部１ｄの上面１ｄ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下低いことが好ましい。
【００４６】
図１０および図１１は、図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図である。
図１に示す成形用金型１０において、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、凹部１ａの底面１ａ1に対する、凸部２ａの上面２ａ1の高さＨ11と、孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1の高さＨ22との関係に関しては、図５に示すように高さＨ11と高さＨ22とが同じ場合と、図１０に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも高い場合と、図１１に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも低い場合とがある。これらの場合のうち、図１１に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも低く、凹部１ａの底面１ａ1に対して孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも低い場合が特に好ましい。この場合、孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下低いことが好ましい。
【００４７】
図１２および図１３は、図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図である。
図１に示す成形用金型１０において、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、凸部２ａの上面２ａ1に対する、凹部１ａの底面１ａ1の高さＨ12と、孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1の高さＨ23との関係に関しては、図６に示すように高さＨ12と高さＨ23とが同じ場合と、図１２に示すように高さＨ23が高さＨ12よりも高い場合と、図１３に示すように高さＨ23が高さＨ12よりも低い場合とがある。これらの場合のうち、図１３に示すように高さＨ23が高さＨ12よりも低く、凸部２ａの上面２ａ1に対して孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1が凹部１ａの底面１ａ1よりも低い場合が特に好ましい。この場合、孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1が凹部１ａの底面１ａ1よりも０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下低いことが好ましい。
【００４８】
図１４〜図１６の各々は、図７〜図９の各々に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。図１４〜図１６に示すように突起部２ｅの側面２ｅ2と凸部２ａの側面２ａ2とから構成された連結側面２ｈ1は、その根元（凹部２ｄの底面２ｄ1）から突起部２ｅの頂面２ｅ1まで一定の傾斜角度を維持していてもよい。
【００４９】
しかし、図１７〜図１９に示すように連結側面２ｈ1は、その根元（凹部２ｄの底面２ｄ1）から突起部２ｅの頂面２ｅ1に至るまでに傾斜角度が変化するように構成されていることが好ましい。具体的には、連結側面２ｈ1は、根元側（凹部２ｄの底面２ｄ1側）に位置する傾斜角度αの第１の側面部分と、その第１の側面部分よりも突起部２ｅの頂面２ｅ1側に位置する傾斜角度βの第２の側面部分とを有し、傾斜角度βが傾斜角度αよりも大きいことが好ましい。
【００５０】
また傾斜角度αおよびβは０°以上１５°以下の範囲内の角度であることが好ましい。傾斜角度αおよびβが１５°を超える場合、成形品の外周部またはエッジ部が大きくなる場合があり、成形品のデザインに影響が生じる。さらに傾斜角度αおよびβは０°以上１０°以下の範囲内の角度であることがより好ましい。
【００５１】
また図５、図１０および図１１に示す連結側面２ｈ2と、図６、図１２および図１３に示す連結側面１ｈとの各々も、図１７〜図１９に示すのと同様、根元側（凹部２ｄの底面２ｄ1側または凹部１ｃの底面１ｃ1側）に位置する傾斜角度αの第１の側面部分と、その第１の側面部分よりも突起部２ｆの頂面２ｆ1（または突起部１ｆの頂面１ｆ1）側に位置する傾斜角度βの第２の側面部分とを有し、傾斜角度βが傾斜角度αよりも大きいことが好ましい。また上記と同様の理由により、傾斜角度αおよびβは０°以上１５°以下の範囲内の角度であることが好ましく、さらに０°以上１０°以下であることがより好ましい。
【００５２】
なお傾斜角度α、βは、凹部１ａの底面１ａ1の垂線に対する第１および第２の側面部分のなす角度である。
【００５３】
また図１４〜図１９に示すように突起部２ｅの高さはたとえば０．３ｍｍである。また図１５および図１８に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも高い場合には、突起部２ｅの頂面２ｅ1と凸部１ｄの上面１ｄ1との高さの差はたとえば０．４ｍｍである。また図１６および図１９に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも低い場合には、突起部２ｅの頂面２ｅ1と凸部１ｄの上面１ｄ1との高さの差はたとえば０．２ｍｍである。
【００５４】
また図４を参照して、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの最短距離ｂ1が凸部１ｄの上面１ｄ1と凹部２ｄの底面２ｄ1との距離ｔ2よりも小さいことが好ましい。
【００５５】
また図５を参照して、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面２ｈ2と孔形成用凸部１ｂとの最短距離ｂ2が孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1と孔形成用凹部２ｂの底面２ｂ1との距離ｔ3よりも小さいことが好ましい。
【００５６】
また図６を参照して、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面１ｈと孔形成用凸部２ｃとの最短距離ｂ3が孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1と孔形成用凹部１ｃの底面１ｃ1との距離ｔ4よりも小さいことが好ましい。
【００５７】
なお、金型部材１、２のすべての角部は丸みが付されたラウンド形状を有しており、そのラウンド形状の曲率半径Ｒは０．１ｍｍ以上である。ただし、各部の曲率半径Ｒがあまりに大きすぎると、それに伴ってセパレータ自体を大きくしなければならないため、セパレータの寸法により各部の曲率半径の上限値が制約される。
【００５８】
次に、本実施の形態の各部の寸法について説明する。
図４を参照して、金型部材１と２とを重ね合わせた状態における、凸部２ａの上面２ａ1と凹部１ａの底面１ａ1との間隔（成形品の厚み）ｔ1は０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。この間隔（成形品の厚み）ｔ1が０．５ｍｍ未満の場合、成形することが難しくなり、成形品の強度、ガスリーク性等の信頼性が低くなり成形品として使用できない可能性がある。また、この間隔（成形品の厚み）ｔ1が５．０ｍｍを超える場合、脱型後の冷却時に熱収縮による成形品の反りやクラックの発生等が生じ、また成形品の貫通方向の電気抵抗が高くなる傾向がある。上記の間隔（成形品の厚み）ｔ1は１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００５９】
また突起部２ｅの側面２ｅ2と凸部１ｄの側面との最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ1は０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることが好ましい。この距離（成形品のバリの厚み）ｂ1が０．０３ｍｍ未満の場合、成形材料中の空気の排出が難しくなり、成形品中にボイド等が発生するおそれがある。また、この距離（成形品のバリの厚み）ｂ1が０．１５ｍｍを超える場合、成形材料の漏れ出しが量が多くなり、成形品の厚み精度が悪くなる。上記の距離（成形品のバリの厚み）ｂ1は０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６０】
また突起部２ｅの幅Ｂ1は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。この幅Ｂ1が０．１ｍｍ未満の場合、成形時に成形材料の水平方向に流れる力が生じ、この力により突起部２ｅが壊れるおそれがある。また幅Ｂ1が０．５ｍｍを超える場合、成形品の外周部または貫通孔部のエッジ部が大きくなる場合があり、成形品のデザインに影響が生じる。上記の幅Ｂ1は０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６１】
また突起部２ｅの高さｈ1は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。この高さｈ1が０．１ｍｍ未満の場合、成形品のバリが成形品の表面より高くなる場合が生じ、この場合バリ取り加工が必要になる。また高さｈ1が０．５ｍｍを超える場合、成形時に成形材料の水平方向に流れる力が生じ、この力により突起部２ｅが壊れるおそれがある。この高さｈ1は０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６２】
図５を参照して、金型部材１と２とを重ね合わせた状態における、突起部１ｆの側面１ｆ2と凹部１ａの側面（孔形成用凹部１ｃの側面）１ｃ2の側面との最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ3は、上記の最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ1と同様の理由により、０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。また突起部１ｆの幅Ｂ3は、上記の突起部２ｅの幅Ｂ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。突起部１ｆの高さｈ3は、上記の突起部２ｅの高さｈ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６３】
図６を参照して、金型部材１と２とを重ね合わせた状態における、突起部２ｆの側面２ｆ2と孔形成用凸部１ｂの側面との最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ2は、上記の最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ1と同様の理由により、０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。また突起部２ｆの幅Ｂ2は、上記の突起部２ｅの幅Ｂ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。突起部２ｆの高さｈ2は、上記の突起部２ｅの高さｈ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６４】
次に、本実施の形態における圧縮成形用金型を用いた燃料電池用セパレータの製造方法について説明する。
【００６５】
図２０は、本発明の一実施の形態における成形用金型を用いた燃料電池用セパレータの製造方法を示す概略断面図である。図２０を参照して、成形材料２０ａが、例えば導電性炭素材料と樹脂バインダーとを少なくとも含むように準備される。樹脂バインダーは、例えば熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との少なくともいずれかを含んでいる。この成形材料は、粉末状、粒子状、ペレット状等であってもよく、またシート形状であってもよい。
【００６６】
上記の炭素材料としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらの炭素材料は単独で、もしくは２種以上を組合せて用いることができる。これらの炭素材料の粉粒体の形状に特に制限はなく、箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであってもよい。また、黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛も使用することができる。導電性を考慮すれば、より少量で高度の導電性を有するセパレータが得られるという点で、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛が好ましい。
【００６７】
熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。熱硬化性樹脂は１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。
【００６８】
熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリチオエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素樹脂、全芳香族ポリエステル、半芳香族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエステル・ポリエステルエラストマー、ポリエステル・ポリエーテルエラストマー等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂と同様に、熱可塑性樹脂も１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。さらに熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを複合したものも使用することができる。
【００６９】
この成形材料２０ａが成形用金型１０に投入され、金型部材１と金型部材２との間で加圧される。この際、金型部材１、２は熱盤（図示せず）により加熱されており、この金型部材１、２を介して成形材料２０ａが加熱される。この加熱加圧により、樹脂バインダーに熱硬化性樹脂が用いられている場合には、その熱硬化性樹脂が固化する。この後、金型１０から燃料電池用セパレータ（成形品）２０が取り出される。また樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、上記の加熱加圧により、その熱可塑性樹脂は溶融する。
【００７０】
樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、引き続いて、金型部材１、２が冷却盤（図示せず）により冷却される。この冷却の際にも、成形材料２０ａは金型部材１と金型部材２との間で加圧されている。この冷却加圧により溶融状態にあった熱可塑性樹脂が固化する。この後、金型１０から燃料電池用セパレータ（成形品）２０が取り出される。
【００７１】
上記のように樹脂バインダーが熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料２０ａが成形用金型１０で加熱加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）２０が得られるが、樹脂バインダーが熱可塑性樹脂よりなる場合または熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料２０ａが成形用金型１０で加熱加圧および冷却加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）２０が得られる。
【００７２】
上記の圧縮成形を経て得られた本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０は、例えば図２１〜図２６に示す形状を有している。
【００７３】
図２１および図２２の各々は燃料電池用セパレータ２０の一方表面および他方表面の各々の構成を概略的に示す平面図であり、図２３は図２１および図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。図２４および図２５の各々は、図２３の領域Ｑ１および領域Ｑ２の各々を拡大して示す概略断面図である。図２６は、図２１のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿う概略断面図である。
【００７４】
図２１および図２２を参照して、燃料電池用セパレータ２０は、略矩形状の平面形状を有している。この燃料電池用セパレータ２０の一方表面２１Ａには、図２１に示すように、燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むよう段部２１ｅが形成されている。この段部２１ｅは、図２３〜図２５に示すように、外周側の凸部２１ｅ1と内周側の凹部２１ｅ2とから構成されている。この外周側の凸部２１ｅ1は、いわゆるバリである。
【００７５】
図２１および図２２を参照して、燃料電池用セパレータ２０は、マニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃと、ガス流路２１ｇとを有している。図２１に示すように燃料電池用セパレータ２０の一方表面２１Ａに形成されたガス流路２１ｇの両端の各々は、マニホールド用の孔２１ｂにそれぞれ接続されている。また図２２に示すように燃料電池用セパレータ２０の他方表面２１Ｂに形成されたガス流路２１ｇの両端の各々は、マニホールド用の孔２１ｃにそれぞれ接続されている。
【００７６】
この一方表面２１Ａに形成されたガス流路２１ｇおよび他方表面２１Ｂに形成されたガス流路２１ｇのいずれの底面も平坦である。
【００７７】
また、マニホールド用の孔２１ｃに接続するガス流路２１ｇが形成された一方表面２１Ａとは反対側（裏面側）の他方表面２１Ｂには、マニホールド用の孔２１ｃの周囲を取り囲むように段部２１ｆが形成されている。この段部２１ｆは、図２３および図２４に示すように、内周側の凸部２１ｆ1と外周側の凹部２１ｆ2とにより構成されている。
【００７８】
また、マニホールド用の孔２１ｂに接続するガス流路２１ｇが形成された他方表面２１Ｂとは反対側（裏面側）の一方表面２１Ａには、マニホールド用の孔２１ｂの周囲を取り囲むように段部２１ｆが形成されている。この段部２１ｆは、図２３および図２５に示すように、内周側の凸部２１ｆ1と外周側の凹部２１ｆ2とにより構成されている。
【００７９】
図２６を参照して、マニホールド用の孔２１ｂおよび２１ｃのいずれの周囲に形成される凸部２１ｆ1の高さｈは、ガス流路２１ｇの深さＤよりも小さい。
【００８０】
上記のようにして得られた本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０を用いて燃料電池を製造することができる。燃料電池セルは、燃料電池用セパレータ２０と電解質膜／膜接合体とを有している。電解質膜／膜接合体は、例えば燃料極、酸化剤極および固体高分子電解質膜からなっている。１対の燃料電池用セパレータ２０、２０が電解質膜／膜接合体を挟むように配置されることで、固体高分子型の燃料電池セルが構成されている。本実施の形態の燃料電池は、単一の燃料電池セルより構成されていても利用可能であるが、発電性能を高める目的で通常は該燃料電池セルが複数個直列に配置された燃料電池スタックとされている。
【００８１】
本実施の形態で得られる燃料電池用セパレータ２０は、上記の固体高分子型の燃料電池のほかに、ヒドラジン型、直接メタノール型、アルカリ型、リン酸型等の種々の燃料電池に対して好適に適用され得る。
【００８２】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の成形用金型１０によれば、図１および図４に示すように、金型部材１の凹部１ａと金型部材２の凸部２ａとにより成形材料が成形されるため、成形品のバリは当該凸部２ａの上面２ａ1に交差する方向（図１および図４中の上方向）に生じる。ここで、当該凸部２ａの上面２ａ1縁部に突起部２ｅが設けられているため、その突起部の頂面２ｅ1を起点としてバリが生じる。これにより、バリの生じる起点を当該凸部２ａの上面２ａ1よりキャビティ側にすることができるため、バリが当該凸部２ａの上面２ａ1から突き出すことを従来例よりも抑制することができる。
【００８３】
従来例では、図２７に示すように、成形品１２１の表面１２１Ａを起点Ｓ１としてバリとなる凸部１２１ｅが生じるため、バリとなる凸部１２１ｅの高さｈだけ凸部１２１ｅは表面１２１Ａから突き出すことになる。一方、本実施の形態では、図２８に示すように、成形品２０の縁部を取り囲むように形成された凹部２１ｅ2の底面を起点Ｓ２としてバリとなる凸部２１ｅ1が生じるため、このバリとなる凸部２１ｅ1が表面２１Ａから突き出すことが抑制される。これにより、本実施の形態では、成形品２０を積み重ねるときに、バリとなる凸部２１ｅ1に邪魔されることなく、成形品２０同士を十分に接触させることが可能となる。
【００８４】
また、図２３に示すように、成形品２０のバリは当該上面２１Ａに略平行な方向（図２３中の左右方向）に生じないため、良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部２ａの上面２ａ1から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００８５】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図１、図５および図６に示すように、孔形成用凹部２ｂ、１ｃの各々の周囲にも突起部２ｆ、１ｆの各々が設けられているため、上記と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、仮にガス流路とマニホールド用の孔とが接続される側にバリが生じる場合には、ガス流路とマニホールド用の孔との間にバリが存在することになり、流路−孔間における流体の流れが阻害される。しかし本実施の形態では、図２および図３に示すように、孔形成用凸部１ｂに接続する流路形成用凸部１ｇが形成された金型部材１とは反対側の金型部材２に、孔形成用凹部２ｂの周囲を取り囲むように突起部２ｆが形成されている。このように流路形成用凸部１ｇと突起部２ｆとが互いに反対側の金型部材に形成されているため、ガス流路とマニホールド用の孔との接続部にバリが生じることはない。よって、バリにより流体の流れが阻害されることはない。
【００８７】
また図２および図３に示すように、孔形成用凸部２ｃに接続する流路形成用凸部２ｇが形成された金型部材２とは反対側の金型部材１に、孔形成用凹部１ｃの周囲を取り囲むように突起部１ｆが形成されている。このように、上記と同様、流路形成用凸部１ｇと突起部２ｆとが互いに反対側の金型部材に形成されているため、バリにより流体の流れが阻害されることはない。
【００８８】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図９に示すように、凹部１ａの底面１ａ1に対して凸部１ｄの上面１ｄ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも低い場合には、図１６に示すように連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの間の最短距離の部分は、常に突起部２ｅの高さの範囲内に位置する。これにより、脱型する際にこの最短距離の部分でバリが折れることになるため、バリが凸部２ａの上面２ａ1よりも上方へ突き出すことは防止される。また図１１および図１３の場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図１７〜図１９に示すように、連結側面２ｈ1が傾斜角度αを有する第１の側面部分と、傾斜角度βを有する第２の側面部分とを有する場合には、脱型の際に、小さい傾斜角度αの第１の側面部分では金型部材２が金型部材１から抜け難く、かつ大きな傾斜角度βの第２の側面部分では金型部材２が金型部材１から抜け易くなる。これにより、脱型と同時に、第１の側面部分と第２の側面部分との境界位置からバリが折れる。このため、脱型後にバリ部分を取り外す作業が不要となる。
【００９０】
またこの第１の側面部分と第２の側面部分との境界位置は、連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの間の最短距離となる部分に設けられていることが好ましい。
【００９１】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図４に示すように、金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの最短距離ｂ1が凸部１ｄの上面１ｄ1と凹部２ｄの底面２ｄ1との距離ｔ2よりも小さい場合には、距離ｔ2の部分よりも最短距離ｂ1の部分が脱型の際に割れやすくなる。仮に脱型の際に距離ｔ2の部分で成形品が割れた場合には、成形品には図中上方向および横方向に大きく突き出したバリが生じることになる。しかし、図４の構成では、脱型の際に、最短距離ｂ1の部分で成形品が割れるため、脱型後に生じるバリを小さくでき、バリが凸部２ａの上面２ａ1から上方へ突き出すことが抑制される。
【００９２】
図５において連結側面２ｈ2と凸部１ｂとの最短距離ｂ2が孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1と孔形成用凹部２ｂの底面２ｂ1との距離ｔ3よりも小さい場合、および図６において連結側面１ｈと孔形成用凸部２ｃとの最短距離ｂ3が孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1と孔形成用凹部１ｃの底面１ｃ1との距離ｔ4よりも小さい場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
また本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０では、図２１に示すように、燃料電池用セパレータ２０の縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部２１ｅ1で内周側が凹部２１ｅ2よりなる段部２１ｅが形成されている。この凸部２１ｅ1はバリであるが、バリの内周側に凹部２１ｅ2があるため、図２８に示すようにバリ発生の起点Ｓ２は凹部２１ｅ2の底面からとなる。このため、バリが燃料電池用セパレータ２０の表面２１Ａから突き出すことは抑制される。このため、燃料電池用セパレータ２０を積み重ねるときに燃料電池用セパレータ２０同士を十分に接触させることが可能となる。また、燃料電池用セパレータ２０のバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で燃料電池用セパレータ２０を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが燃料電池用セパレータ２０の表面２１Ａから突き出すことを抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００９４】
また本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０では、図２１および図２２に示すように、マニホールド用の孔２１ｂまたは２１ｃを取り囲むように、内周側が凸部２１ｆ1で外周側が凹部２１ｆ2よりなる段部２１ｆが形成されている。このため、上記と同様、バリである凸部２１ｆ1が燃料電池用セパレータ２０の表面２１Ａまたは２１Ｂから突き出すことは抑制される。よって、上記と同様の効果が得られる。
【００９５】
また燃料電池では、燃料ガスから水が生成される。このため、ガス流路２１ｇとマニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃとの接続部にバリがあると、この生成水がバリによりガス流路２１ｇからマニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃへ流れ込み難くなり、ガス流路２１ｇに溜まる。この溜まった水塊が隣のセルに流入することで燃料ガスの流れが不安定となり、電池電圧が乱れる。しかし本実施の形態では、図２６に示すように、バリとなる凸部２１ｆ1はガス流路２１ｇが形成された面とは反対側の面に形成されるため、ガス流路２１ｇとマニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃとの接続部にバリが生じることはない。よって、上記の電池電圧の乱れは生じない。
【００９６】
また本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０の製造方法によれば、成形品２０同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品２０を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを製造することができる。
【００９７】
なお、本実施の形態における金型は圧縮成形用の金型であってもよく、射出圧縮成形用の金型であってもよい。
【００９８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等に対して適用されるリン酸型燃料電池、ダイレクトメタノ−ル型燃料電池、固体高分子型燃料電池等の燃料電池に対して使用可能な燃料電池用セパレータの製造方法およびそれに用いられる成形用金型に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の一実施の形態における成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示す成形用金型の下型（金型部材１）の賦形側の面を示す概略平面図である。
【図３】図１に示す成形用金型の上型（金型部材２）の賦形側の面を示す概略平面図である。
【図４】図１の領域Ｒ１を拡大して示す断面図である。
【図５】図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図である。
【図６】図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図である。
【図７】図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図であり、高さＨ21と高さＨ11とが同じである場合を示す図である。
【図８】図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図であり、高さＨ21が高さＨ11よりも高い場合を示す図である。
【図９】図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図であり、高さＨ21が高さＨ11よりも低い場合を示す図である。
【図１０】図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図であり、高さＨ22が高さＨ11よりも高い場合を示す図である。
【図１１】図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図であり、高さＨ22が高さＨ11よりも低い場合を示す図である。
【図１２】図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図であり、高さＨ23が高さＨ12よりも高い場合を示す図である。
【図１３】図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図であり、高さＨ23が高さＨ12よりも低い場合を示す図である。
【図１４】図７に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。
【図１５】図８に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。
【図１６】図９に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。
【図１７】図７に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図であり、連結側面が傾斜角度の異なる第１および第２の側面部分を有する構成を示す図である。
【図１８】図８に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図であり、連結側面が傾斜角度の異なる第１および第２の側面部分を有する構成を示す図である。
【図１９】図９に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図であり、連結側面が傾斜角度の異なる第１および第２の側面部分を有する構成を示す図である。
【図２０】本発明の一実施の形態における成形用金型を用いた燃料電池用セパレータの製造方法を示す概略断面図である。
【図２１】燃料電池用セパレータ２０の一方表面の構成を概略的に示す平面図である。
【図２２】燃料電池用セパレータ２０の他方表面の構成を概略的に示す平面図である。
【図２３】図２１および図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図２４】図２３の領域Ｑ１を拡大して示す概略断面図である。
【図２５】図２３の領域Ｑ２を拡大して示す概略断面図である。
【図２６】図２１のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿う概略断面図である。
【図２７】従来例の燃料電池用セパレータにおいてバリが燃料電池用セパレータの表面より上方に突き出す様子を説明するための燃料電池用セパレータの部分断面図である。
【図２８】本発明の一実施の形態における燃料電池用セパレータにおいてバリが燃料電池用セパレータの表面より上方に突き出すことを抑制できることを説明するための燃料電池用セパレータの部分断面図である。
【図２９】従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型の構成（ａ）と、それにより成形された成形品の構成（ｂ）を示す断面図である。
【図３０】従来の合わせ型の圧縮成形用金型の構成（ａ）と、それにより成形された成形品の構成（ｂ）を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 金型部材、１ａ，１ｃ，２ｄ 凹部、１ａ1，１ｃ1，２ｂ1，２ｄ1 底面、１ｂ1，１ｄ1，２ａ1，２ｃ1 上面、１ｂ，２ｃ 孔形成用凸部、１ｃ，２ｂ 孔形成用凹部、１ｄ，２ａ 凸部、１ｆ，２ｅ，２ｆ 突起部、１ｃ2，１ｆ2，２ａ2，２ａ3，２ｅ2，２ｆ2 側面、１ｆ1，２ｅ1，２ｆ1 頂面、１ｇ，２ｇ 流路形成用凸部、１ｈ，２ｈ1，２ｈ2 連結側面、２ 金型部材、１０ 成形用金型、２０ 燃料電池用セパレータ（成形品）、２０ａ 成形材料、２１Ａ 一方表面、２１Ｂ 他方表面、２１ｂ，２１ｃ マニホールド用の孔、２１ｅ，２１ｆ 段部、２１ｅ1，２１ｆ1 凸部、２１ｅ2，２１ｆ2 凹部、２１ｇ ガス流路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応から電力を得る燃料電池においては、近年ポ−タブル機器、自動車等の種々の用途への適用が検討されている。燃料電池は、電解質膜、電極およびセパレータからなる基本構成単位、すなわち単位セルが通常直列に数十〜数百セル積層された構造を有する。一般的な燃料電池の製造方法では電解質膜および電極は予め電解質膜／電極接合体（ＭＥＡ）として形成され、これにセパレータが配置される。セパレータとしては、水素等の燃料と、空気または酸素からなる酸化剤と、セルを冷却するための冷媒とをそれぞれ供給するための流路を少なくとも片面に形成したものが用いられる。
【０００３】
セパレータでは、隣接するＭＥＡとの電気的な接続を確保して燃料電池の発電効率を高めるために十分な導電性を備えることが必要であるが、これに加えて、単位セルの積層構造を支えるために十分な機械的強度が必要とされる。また、燃料電池の小型化の要求に伴い近年ではセパレータの薄肉化も求められている。さらに、単位セルの積層構造における単位セル間の接触抵抗を低減するために厚み精度の向上も求められている。
【０００４】
従来の燃料電池用セパレータは、樹脂と炭素材料とを含む成形材料を圧縮成形用金型内に投入し加圧することによって成形される。このような燃料電池用セパレータを形成するための成形用金型の構造は従来から各種提案されている（例えば特許文献１〜５参照）。
【０００５】
この圧縮成形用金型には、（１）金型内および成形材料中の空気を効率よく金型外に排出できること、（２）金型内に余分に充填した成形材料を金型外に排出できることが求められる。
【０００６】
一般的に、従来の圧縮成形用金型は、図２９（ａ）に示すように、凹部（キャビティ）１０１ａを有する凹型１０１と、凸部（コア）１０２ａを有する凸型１０２とから構成されている。そして、上記（１）、（２）を満たすために、凹部１０１ａの側壁と凸部１０２ａの側壁とを対向させたシェアエッジ（図中領域Ｐ）が設けられている。
【０００７】
このような金型を用いて成形材料１２０ａを成形すると、余剰分の成形材料は凹部１０１ａからフローアウトして、シェアエッジの隙間（クリアランス）へ排出され、かつ金型内および成形材料中の空気も効率よく金型外へ排出され得る。
【０００８】
また金型として、図３０（ａ）に示すように、凹部１０１ａを有する金型１０１と、凹部１０２ａを有する金型１０２とから構成される合わせ型の圧縮成形用金型もある。この合わせ型の金型では、構造が簡単で、金型全体の厚みを薄くすることもできる。
【特許文献１】特開２００１−１９８９２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７０４５９号公報
【特許文献３】特開２００４−２３０７８８号公報
【特許文献４】特開２００４−７１３３４号公報
【特許文献５】特許第３７５１９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２９（ａ）に示す従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型では、図２９（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じる。また図３０（ａ）に示す従来の合わせ型の圧縮成形用金型では、図３０（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じる。
【００１０】
燃料電池において複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときには、成形品同士を十分に接触させる必要がある。しかし、図２９（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに交差する方向に樹脂バリが生じていると、成形品１２０同士を十分に接触させることができないという問題がある。
【００１１】
また複数枚のセパレータ（成形品）を積み重ねるときの位置決めの精度は成形品の外周形状により決定される。しかし、図３０（ｂ）に示すように成形品１２０の主表面１２０Ａに略平行な方向に樹脂バリが生じていると、位置決め精度が悪化して精度よく成形品１２０を積み重ねることができないという問題がある。
【００１２】
また成形品の外周部だけでなく、成形品面内の貫通孔等にも上記のような樹脂バリが生じる。よって、貫通孔部分に形成された樹脂バリによって、上記と同様に、成形品同士を十分に接触させることができないという問題もある。
【００１３】
また、これらの樹脂バリを取り除くためには、複雑なバリ取り加工工程が必要となる。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、成形品同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の成形用金型は、成形材料を成形するための成形用金型であって、第１の金型部材と、第２の金型部材とを備えている。第１の金型部材は、第１の凹部を有している。第２の金型部材は、第１の凹部に対応して設けられた第１の凸部を有している。第１の凸部は、第１の凹部の底面と対向する上面に突起部を有している。その突起部は、第１の凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ上面の縁部の一部または全周を取り囲むように形成されている。
【００１５】
本発明の成形用金型によれば、第１の金型部材の凹部と第２の金型部材の凸部とにより成形材料が成形されるため、成形品のバリは当該凸部の上面に交差する方向に生じる。ここで、当該凸部の上面縁部に突起部が設けられているため、その突起部の頂面を起点としてバリが生じる。これにより、バリの生じる起点を当該凸部の上面よりキャビティ側にすることができるため、バリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができる。このため、成形品を積み重ねるときに成形品同士を十分に接触させることが可能となる。また、成形品のバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００１６】
上記の成形用金型において好ましくは、第１の金型部材は第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有し、第１の凸部と第１の凹部とを対応させて第１の金型部材と第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、第２の凸部の上面は第１の凹部の底面に対して第１の凸部の上面よりも下側に位置している。
【００１７】
これにより、脱型する際に、バリが第１の凸部の上面位置よりもキャビティ側で折れるため、バリが第１の凸部の上面から突き出すことが防止される。
【００１８】
上記の成形用金型において好ましくは、第２の金型部材は、第１の凸部の側面と第１の凸部の側面に繋がる突起部の側面とから構成された連結側面を有している。連結側面は、第１の側面部分と、第１の側面部分よりも突起部の頂面側に位置する第２の側面部分とを有している。第１の凹部の底面の垂線に対する第２の側面部分の傾斜角度は、その垂線に対する第１の側面部分の傾斜角度よりも大きい。
【００１９】
これにより、成形品が脱型と同時にバリの部分で折れるため、脱型後にバリ部分を取り外す作業が不要となる。
【００２０】
上記の成形用金型において好ましくは、第２の金型部材は、第１の凸部の側面と第１の凸部の側面に繋がる突起部の側面とから構成された連結側面を有している。第１の金型部材は第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有している。第２の金型部材は第１の凸部の周囲を取り囲み、かつ第２の凸部に対応して設けられた第２の凹部を有している。第１の凸部と第１の凹部とを対応させて第１の金型部材と第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、連結側面と第２の凸部との最短距離が第２の凸部の上面と第２の凹部の底面との距離よりも小さい。
【００２１】
これにより、脱型の際に、第２の凸部の上面と第２の凹部の底面との間よりも連結側面と第２の凸部との間の方が割れやすくなる。このため、脱型の際にバリが第１の凸部の上面から突き出すことが抑制される。
【００２２】
本発明の他の成形用金型は、成形材料を成形して成形品を形成するための成形用金型であって、第１の金型部材と、第２の金型部材とを備えている。第１の金型部材は、成形品に孔を形成するための孔形成用凸部およびその孔形成用凸部の周囲を取り囲む凹部を有している。第２の金型部材は、孔形成用凸部に対応して設けられた孔形成用凹部およびその孔形成用凹部の周囲を取り囲む凸部を有している。第２の金型部材の凸部は、凹部の底面に対向する上面に突起部を有している。突起部は、第２の金型部材の凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ孔形成用凹部の全周を取り囲むように形成されている。
【００２３】
本発明の他の成形用金型によれば、第１の金型部材の孔形成用凸部と第２の金型部材の孔形成用凹部とにより成形材料に孔が成形されるため、成形品のバリは当該孔形成用凸部の上面に交差する方向に生じる。ここで、孔形成用凹部の全周を取り囲むように第２の金型部材の凸部に突起部が設けられているため、その突起部の頂面を起点としてバリが生じる。これにより、バリの生じる起点を当該凸部の上面よりキャビティ側にすることができるため、バリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができる。このため、成形品を積み重ねるときに成形品同士を十分に接触させることが可能となる。また、成形品のバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００２４】
上記の他の成形用金型において好ましくは、成形品の孔に接続された流路を形成するための流路形成用凸部は、流路が接続される孔を形成するための孔形成用凸部に接続するように第１の金型部材に形成されている。
【００２５】
仮に流路と孔とが接続される表面側にバリが生じる場合には、流路と孔との接続部にバリが存在することになり、流路−孔間における流体の流れが阻害される。しかし、上記の他の成形用金型では、流路形成用凸部と孔形成用凸部とが接続される第１の金型部材とは反対側の第２の金型部材に突起部が形成されているため、流路と孔との接続部にバリが生じることはない。よって、バリにより流体の流れが阻害されることはない。
【００２６】
本発明の燃料電池用セパレータは、マニホールド用の孔とその孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、その燃料電池用セパレータの互いに対向する表面のいずれか一方に、燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部で内周側が凹部よりなる段部が形成されている。
【００２７】
本発明の燃料電池用セパレータによれば、燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部で内周側が凹部よりなる段部が形成されている。この凸部はバリであるが、バリの内周側に凹部があるため、バリ発生の起点は凹部の底面からとなる。このため、バリが燃料電池用セパレータの表面から突き出すことは抑制される。このため、燃料電池用セパレータを積み重ねるときに燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。また、燃料電池用セパレータのバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で燃料電池用セパレータを位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００２８】
本発明の他の燃料電池用セパレータは、マニホールド用の孔とその孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、流路の底面は平坦であり、流路が接続された孔の周囲であって流路が形成された面とは反対側の面に孔を取り囲むように、内周側が凸部で外周側が凹部よりなる段部が形成されている。
【００２９】
本発明の他の燃料電池用セパレータによれば、マニホールド用の孔を取り囲むように、内周側が凸部で外周側が凹部よりなる段部が形成されている。この凸部はバリであるが、バリの外周側に凹部があるため、バリ発生の起点は凹部の底面からとなる。このため、バリが燃料電池用セパレータの表面から突き出すことは抑制される。このため、燃料電池用セパレータを積み重ねるときに燃料電池用セパレータ同士を十分に接触させることが可能となる。また、燃料電池用セパレータのバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で燃料電池用セパレータを位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部の上面から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００３０】
また燃料電池では、燃料ガスと酸素ガスとが反応することにより水が生成される。このため、流路と孔との接続部にバリがあると、この生成水がバリにより流路から孔へ流れ込み難くなり、流路に溜まる。この溜まった水塊が隣のセルに流入することでガスの流れが不安定となり、電池電圧が乱れる。しかし本発明では、バリとなる凸部は流路が形成された面とは反対側の面に形成されるため、流路と孔との接続部にバリが生じることはない。よって、上記の電池電圧の乱れは生じない。
【００３１】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、上記の成形用金型を用いて成形材料を成形する工程を経て燃料電池用セパレータを製造することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、成形品同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを製造することができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように本発明によれば、成形品同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な成形用金型、燃料電池用セパレータおよびその製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。また図２は図１に示す成形用金型の下型（金型部材１）の賦形側の面を示す概略平面図であり、図３は図１に示す成形用金型の上型（金型部材２）の賦形側の面を示す概略平面図である。また図４、図５および図６の各々は図１の領域Ｒ１、Ｒ３およびＲ４の各々を拡大して示す断面図である。なお図１の断面は、図２のＩ−Ｉ線、図３のＩ−Ｉ線に沿う断面に対応している。
【００３５】
図１〜図３を参照して、本実施の形態の成形用金型１０は、成形材料を成形するための成形用金型であって、金型部材１（図２）と、金型部材２（図３）とを有している。金型部材１は、金型部材２と対向する表面に凹部１ａを有しており、この凹部１ａの周囲を取り囲む凸部１ｄを有している。金型部材２は、金型部材１と対向する表面に、凹部１ａに対応して設けられた凸部２ａを有している。また金型部材２は、この凸部２ａの周囲を取り囲み、かつ凸部１ｄに対応して設けられた凹部２ｄを有している。
【００３６】
図４を参照して、凸部２ａは、凹部１ａの底面１ａ1と対向する上面２ａ1を有し、その上面２ａ1に突起部２ｅを有している。この突起部２ｅは、凸部２ａの側面２ａ2に繋がる側面２ｅ2とキャビティに面する頂面２ｅ1とを有し、かつ図３に示すように上面２ａ1の縁部の全周を取り囲むように形成されている。突起部２ｅは、上面２ａ1の縁部の一部を取り囲むように形成されていてもよい。
【００３７】
なお、本明細書におけるキャビティとは、成形金型の成形品（たとえば図２１〜図２３のセパレータ）に該当する空間部分を意味する。
【００３８】
図１〜図３を参照して、金型部材１は、成形品に孔を形成するための孔形成用凸部１ｂと、成形品に別の孔を形成するための孔形成用凹部１ｃとを有している。金型部材１の凹部１ａは、孔形成用凸部１ｂの周囲を取り囲む凹部であり、また孔形成用凹部１ｃの周囲を取り囲む凸部でもある。
【００３９】
金型部材２は、成形品に孔を形成するための孔形成用凹部２ｂと、成形品に別の孔を形成するための孔形成用凸部２ｃとを有している。金型部材２の凸部２ａは、孔形成用凹部２ｂの周囲を取り囲む凸部であり、また孔形成用凸部２ｃの周囲を取り囲む凹部でもある。
【００４０】
図１を参照して、金型部材１の孔形成用凸部１ｂは金型部材２の孔形成用凹部２ｂに対応して設けられており、また金型部材１の孔形成用凹部１ｃは金型部材２の孔形成用凸部２ｃに対応して設けられている。
【００４１】
図５を参照して、金型部材２の凸部２ａは、金型部材１の凹部１ａの底面１ａ1に対向する上面２ａ1に突起部２ｆを有している。その突起部２ｆは、凸部２ａの側面（孔形成用凹部２ｂの側面）２ａ3に繋がる側面２ｆ2を有し、キャビティに面する頂面２ｆ1を有している。また突起部２ｆは、図３に示すように金型部材２の孔形成用凹部２ｂの全周を取り囲むように形成されている。
【００４２】
図６を参照して、金型部材１の凹部１ａは、金型部材２の凸部２ａの上面２ａ1に対向する底面１ａ1に突起部１ｆを有している。その突起部１ｆは、凹部１ａの側面（孔形成用凹部１ｃの側面）１ｃ2に繋がる側面１ｆ2を有し、キャビティに面する頂面１ｆ1を有している。また突起部１ｆは、図２に示すように金型部材１の孔形成用凹部１ｃの全周を取り囲むように形成されている。
【００４３】
図１〜図３を参照して、金型部材１は、成形品の一方表面に流路を形成するための流路形成用凸部１ｇを凹部１ａの底面１ａ1に有している。流路形成用凸部１ｇの両端の各々は、図２に示すように孔形成用凸部１ｂに接続するように形成されている。この流路形成用凸部１ｇは、突起部２ｆが形成された金型部材２とは反対側の金型部材１に形成されている。
【００４４】
図１〜図３を参照して、金型部材２も、成形品の他方表面に流路を形成するための流路形成用凸部２ｇを凸部２ａの上面２ａ1に有している。流路形成用凸部２ｇの両端の各々は、図３に示すように孔形成用凸部２ｃに接続するように形成されている。この流路形成用凸部２ｇは、突起部１ｆが形成された金型部材１とは反対側の金型部材２に形成されている。
【００４５】
図７〜図９は、図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図である。
図１に示す成形用金型１０において、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、凹部１ａの底面１ａ1に対する、凸部２ａの上面２ａ1の高さＨ11と、凸部１ｄの上面１ｄ1の高さＨ21との関係に関しては、図７に示すように高さＨ11と高さＨ21とが同じ場合と、図８に示すように高さＨ21が高さＨ11よりも高い場合と、図９に示すように高さＨ21が高さＨ11よりも低い場合とがある。これらの場合のうち、図９に示すように高さＨ21が高さＨ11よりも低く、凹部１ａの底面１ａ1に対して凸部１ｄの上面１ｄ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも低い場合が特に好ましい。この場合、凸部１ｄの上面１ｄ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下低いことが好ましい。
【００４６】
図１０および図１１は、図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図である。
図１に示す成形用金型１０において、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、凹部１ａの底面１ａ1に対する、凸部２ａの上面２ａ1の高さＨ11と、孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1の高さＨ22との関係に関しては、図５に示すように高さＨ11と高さＨ22とが同じ場合と、図１０に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも高い場合と、図１１に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも低い場合とがある。これらの場合のうち、図１１に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも低く、凹部１ａの底面１ａ1に対して孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも低い場合が特に好ましい。この場合、孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下低いことが好ましい。
【００４７】
図１２および図１３は、図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図である。
図１に示す成形用金型１０において、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、凸部２ａの上面２ａ1に対する、凹部１ａの底面１ａ1の高さＨ12と、孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1の高さＨ23との関係に関しては、図６に示すように高さＨ12と高さＨ23とが同じ場合と、図１２に示すように高さＨ23が高さＨ12よりも高い場合と、図１３に示すように高さＨ23が高さＨ12よりも低い場合とがある。これらの場合のうち、図１３に示すように高さＨ23が高さＨ12よりも低く、凸部２ａの上面２ａ1に対して孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1が凹部１ａの底面１ａ1よりも低い場合が特に好ましい。この場合、孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1が凹部１ａの底面１ａ1よりも０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下低いことが好ましい。
【００４８】
図１４〜図１６の各々は、図７〜図９の各々に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。図１４〜図１６に示すように突起部２ｅの側面２ｅ2と凸部２ａの側面２ａ2とから構成された連結側面２ｈ1は、その根元（凹部２ｄの底面２ｄ1）から突起部２ｅの頂面２ｅ1まで一定の傾斜角度を維持していてもよい。
【００４９】
しかし、図１７〜図１９に示すように連結側面２ｈ1は、その根元（凹部２ｄの底面２ｄ1）から突起部２ｅの頂面２ｅ1に至るまでに傾斜角度が変化するように構成されていることが好ましい。具体的には、連結側面２ｈ1は、根元側（凹部２ｄの底面２ｄ1側）に位置する傾斜角度αの第１の側面部分と、その第１の側面部分よりも突起部２ｅの頂面２ｅ1側に位置する傾斜角度βの第２の側面部分とを有し、傾斜角度βが傾斜角度αよりも大きいことが好ましい。
【００５０】
また傾斜角度αおよびβは０°以上１５°以下の範囲内の角度であることが好ましい。傾斜角度αおよびβが１５°を超える場合、成形品の外周部またはエッジ部が大きくなる場合があり、成形品のデザインに影響が生じる。さらに傾斜角度αおよびβは０°以上１０°以下の範囲内の角度であることがより好ましい。
【００５１】
また図５、図１０および図１１に示す連結側面２ｈ2と、図６、図１２および図１３に示す連結側面１ｈとの各々も、図１７〜図１９に示すのと同様、根元側（凹部２ｄの底面２ｄ1側または凹部１ｃの底面１ｃ1側）に位置する傾斜角度αの第１の側面部分と、その第１の側面部分よりも突起部２ｆの頂面２ｆ1（または突起部１ｆの頂面１ｆ1）側に位置する傾斜角度βの第２の側面部分とを有し、傾斜角度βが傾斜角度αよりも大きいことが好ましい。また上記と同様の理由により、傾斜角度αおよびβは０°以上１５°以下の範囲内の角度であることが好ましく、さらに０°以上１０°以下であることがより好ましい。
【００５２】
なお傾斜角度α、βは、凹部１ａの底面１ａ1の垂線に対する第１および第２の側面部分のなす角度である。
【００５３】
また図１４〜図１９に示すように突起部２ｅの高さはたとえば０．３ｍｍである。また図１５および図１８に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも高い場合には、突起部２ｅの頂面２ｅ1と凸部１ｄの上面１ｄ1との高さの差はたとえば０．４ｍｍである。また図１６および図１９に示すように高さＨ22が高さＨ11よりも低い場合には、突起部２ｅの頂面２ｅ1と凸部１ｄの上面１ｄ1との高さの差はたとえば０．２ｍｍである。
【００５４】
また図４を参照して、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの最短距離ｂ1が凸部１ｄの上面１ｄ1と凹部２ｄの底面２ｄ1との距離ｔ2よりも小さいことが好ましい。
【００５５】
また図５を参照して、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面２ｈ2と孔形成用凸部１ｂとの最短距離ｂ2が孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1と孔形成用凹部２ｂの底面２ｂ1との距離ｔ3よりも小さいことが好ましい。
【００５６】
また図６を参照して、凹部１ａと凸部２ａとを対応させて金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面１ｈと孔形成用凸部２ｃとの最短距離ｂ3が孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1と孔形成用凹部１ｃの底面１ｃ1との距離ｔ4よりも小さいことが好ましい。
【００５７】
なお、金型部材１、２のすべての角部は丸みが付されたラウンド形状を有しており、そのラウンド形状の曲率半径Ｒは０．１ｍｍ以上である。ただし、各部の曲率半径Ｒがあまりに大きすぎると、それに伴ってセパレータ自体を大きくしなければならないため、セパレータの寸法により各部の曲率半径の上限値が制約される。
【００５８】
次に、本実施の形態の各部の寸法について説明する。
図４を参照して、金型部材１と２とを重ね合わせた状態における、凸部２ａの上面２ａ1と凹部１ａの底面１ａ1との間隔（成形品の厚み）ｔ1は０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。この間隔（成形品の厚み）ｔ1が０．５ｍｍ未満の場合、成形することが難しくなり、成形品の強度、ガスリーク性等の信頼性が低くなり成形品として使用できない可能性がある。また、この間隔（成形品の厚み）ｔ1が５．０ｍｍを超える場合、脱型後の冷却時に熱収縮による成形品の反りやクラックの発生等が生じ、また成形品の貫通方向の電気抵抗が高くなる傾向がある。上記の間隔（成形品の厚み）ｔ1は１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００５９】
また突起部２ｅの側面２ｅ2と凸部１ｄの側面との最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ1は０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることが好ましい。この距離（成形品のバリの厚み）ｂ1が０．０３ｍｍ未満の場合、成形材料中の空気の排出が難しくなり、成形品中にボイド等が発生するおそれがある。また、この距離（成形品のバリの厚み）ｂ1が０．１５ｍｍを超える場合、成形材料の漏れ出しが量が多くなり、成形品の厚み精度が悪くなる。上記の距離（成形品のバリの厚み）ｂ1は０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６０】
また突起部２ｅの幅Ｂ1は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。この幅Ｂ1が０．１ｍｍ未満の場合、成形時に成形材料の水平方向に流れる力が生じ、この力により突起部２ｅが壊れるおそれがある。また幅Ｂ1が０．５ｍｍを超える場合、成形品の外周部または貫通孔部のエッジ部が大きくなる場合があり、成形品のデザインに影響が生じる。上記の幅Ｂ1は０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６１】
また突起部２ｅの高さｈ1は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。この高さｈ1が０．１ｍｍ未満の場合、成形品のバリが成形品の表面より高くなる場合が生じ、この場合バリ取り加工が必要になる。また高さｈ1が０．５ｍｍを超える場合、成形時に成形材料の水平方向に流れる力が生じ、この力により突起部２ｅが壊れるおそれがある。この高さｈ1は０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６２】
図５を参照して、金型部材１と２とを重ね合わせた状態における、突起部１ｆの側面１ｆ2と凹部１ａの側面（孔形成用凹部１ｃの側面）１ｃ2の側面との最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ3は、上記の最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ1と同様の理由により、０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。また突起部１ｆの幅Ｂ3は、上記の突起部２ｅの幅Ｂ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。突起部１ｆの高さｈ3は、上記の突起部２ｅの高さｈ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６３】
図６を参照して、金型部材１と２とを重ね合わせた状態における、突起部２ｆの側面２ｆ2と孔形成用凸部１ｂの側面との最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ2は、上記の最短距離（成形品のバリの厚み）ｂ1と同様の理由により、０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。また突起部２ｆの幅Ｂ2は、上記の突起部２ｅの幅Ｂ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。突起部２ｆの高さｈ2は、上記の突起部２ｅの高さｈ1と同様の理由により、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６４】
次に、本実施の形態における圧縮成形用金型を用いた燃料電池用セパレータの製造方法について説明する。
【００６５】
図２０は、本発明の一実施の形態における成形用金型を用いた燃料電池用セパレータの製造方法を示す概略断面図である。図２０を参照して、成形材料２０ａが、例えば導電性炭素材料と樹脂バインダーとを少なくとも含むように準備される。樹脂バインダーは、例えば熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との少なくともいずれかを含んでいる。この成形材料は、粉末状、粒子状、ペレット状等であってもよく、またシート形状であってもよい。
【００６６】
上記の炭素材料としては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらの炭素材料は単独で、もしくは２種以上を組合せて用いることができる。これらの炭素材料の粉粒体の形状に特に制限はなく、箔状、鱗片状、板状、針状、球状、無定形等の何れであってもよい。また、黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛も使用することができる。導電性を考慮すれば、より少量で高度の導電性を有するセパレータが得られるという点で、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛が好ましい。
【００６７】
熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。熱硬化性樹脂は１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。
【００６８】
熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリチオエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素樹脂、全芳香族ポリエステル、半芳香族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエステル・ポリエステルエラストマー、ポリエステル・ポリエーテルエラストマー等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂と同様に、熱可塑性樹脂も１種類の樹脂からなるもののみではなく、２種類以上の樹脂を混合したものも使用することができる。さらに熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを複合したものも使用することができる。
【００６９】
この成形材料２０ａが成形用金型１０に投入され、金型部材１と金型部材２との間で加圧される。この際、金型部材１、２は熱盤（図示せず）により加熱されており、この金型部材１、２を介して成形材料２０ａが加熱される。この加熱加圧により、樹脂バインダーに熱硬化性樹脂が用いられている場合には、その熱硬化性樹脂が固化する。この後、金型１０から燃料電池用セパレータ（成形品）２０が取り出される。また樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、上記の加熱加圧により、その熱可塑性樹脂は溶融する。
【００７０】
樹脂バインダーに熱可塑性樹脂が用いられている場合には、引き続いて、金型部材１、２が冷却盤（図示せず）により冷却される。この冷却の際にも、成形材料２０ａは金型部材１と金型部材２との間で加圧されている。この冷却加圧により溶融状態にあった熱可塑性樹脂が固化する。この後、金型１０から燃料電池用セパレータ（成形品）２０が取り出される。
【００７１】
上記のように樹脂バインダーが熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料２０ａが成形用金型１０で加熱加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）２０が得られるが、樹脂バインダーが熱可塑性樹脂よりなる場合または熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂よりなる場合は、成形材料２０ａが成形用金型１０で加熱加圧および冷却加圧されて燃料電池用セパレータ（成形品）２０が得られる。
【００７２】
上記の圧縮成形を経て得られた本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０は、例えば図２１〜図２６に示す形状を有している。
【００７３】
図２１および図２２の各々は燃料電池用セパレータ２０の一方表面および他方表面の各々の構成を概略的に示す平面図であり、図２３は図２１および図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。図２４および図２５の各々は、図２３の領域Ｑ１および領域Ｑ２の各々を拡大して示す概略断面図である。図２６は、図２１のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿う概略断面図である。
【００７４】
図２１および図２２を参照して、燃料電池用セパレータ２０は、略矩形状の平面形状を有している。この燃料電池用セパレータ２０の一方表面２１Ａには、図２１に示すように、燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むよう段部２１ｅが形成されている。この段部２１ｅは、図２３〜図２５に示すように、外周側の凸部２１ｅ1と内周側の凹部２１ｅ2とから構成されている。この外周側の凸部２１ｅ1は、いわゆるバリである。
【００７５】
図２１および図２２を参照して、燃料電池用セパレータ２０は、マニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃと、ガス流路２１ｇとを有している。図２１に示すように燃料電池用セパレータ２０の一方表面２１Ａに形成されたガス流路２１ｇの両端の各々は、マニホールド用の孔２１ｂにそれぞれ接続されている。また図２２に示すように燃料電池用セパレータ２０の他方表面２１Ｂに形成されたガス流路２１ｇの両端の各々は、マニホールド用の孔２１ｃにそれぞれ接続されている。
【００７６】
この一方表面２１Ａに形成されたガス流路２１ｇおよび他方表面２１Ｂに形成されたガス流路２１ｇのいずれの底面も平坦である。
【００７７】
また、マニホールド用の孔２１ｃに接続するガス流路２１ｇが形成された一方表面２１Ａとは反対側（裏面側）の他方表面２１Ｂには、マニホールド用の孔２１ｃの周囲を取り囲むように段部２１ｆが形成されている。この段部２１ｆは、図２３および図２４に示すように、内周側の凸部２１ｆ1と外周側の凹部２１ｆ2とにより構成されている。
【００７８】
また、マニホールド用の孔２１ｂに接続するガス流路２１ｇが形成された他方表面２１Ｂとは反対側（裏面側）の一方表面２１Ａには、マニホールド用の孔２１ｂの周囲を取り囲むように段部２１ｆが形成されている。この段部２１ｆは、図２３および図２５に示すように、内周側の凸部２１ｆ1と外周側の凹部２１ｆ2とにより構成されている。
【００７９】
図２６を参照して、マニホールド用の孔２１ｂおよび２１ｃのいずれの周囲に形成される凸部２１ｆ1の高さｈは、ガス流路２１ｇの深さＤよりも小さい。
【００８０】
上記のようにして得られた本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０を用いて燃料電池を製造することができる。燃料電池セルは、燃料電池用セパレータ２０と電解質膜／膜接合体とを有している。電解質膜／膜接合体は、例えば燃料極、酸化剤極および固体高分子電解質膜からなっている。１対の燃料電池用セパレータ２０、２０が電解質膜／膜接合体を挟むように配置されることで、固体高分子型の燃料電池セルが構成されている。本実施の形態の燃料電池は、単一の燃料電池セルより構成されていても利用可能であるが、発電性能を高める目的で通常は該燃料電池セルが複数個直列に配置された燃料電池スタックとされている。
【００８１】
本実施の形態で得られる燃料電池用セパレータ２０は、上記の固体高分子型の燃料電池のほかに、ヒドラジン型、直接メタノール型、アルカリ型、リン酸型等の種々の燃料電池に対して好適に適用され得る。
【００８２】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の成形用金型１０によれば、図１および図４に示すように、金型部材１の凹部１ａと金型部材２の凸部２ａとにより成形材料が成形されるため、成形品のバリは当該凸部２ａの上面２ａ1に交差する方向（図１および図４中の上方向）に生じる。ここで、当該凸部２ａの上面２ａ1縁部に突起部２ｅが設けられているため、その突起部の頂面２ｅ1を起点としてバリが生じる。これにより、バリの生じる起点を当該凸部２ａの上面２ａ1よりキャビティ側にすることができるため、バリが当該凸部２ａの上面２ａ1から突き出すことを従来例よりも抑制することができる。
【００８３】
従来例では、図２７に示すように、成形品１２１の表面１２１Ａを起点Ｓ１としてバリとなる凸部１２１ｅが生じるため、バリとなる凸部１２１ｅの高さｈだけ凸部１２１ｅは表面１２１Ａから突き出すことになる。一方、本実施の形態では、図２８に示すように、成形品２０の縁部を取り囲むように形成された凹部２１ｅ2の底面を起点Ｓ２としてバリとなる凸部２１ｅ1が生じるため、このバリとなる凸部２１ｅ1が表面２１Ａから突き出すことが抑制される。これにより、本実施の形態では、成形品２０を積み重ねるときに、バリとなる凸部２１ｅ1に邪魔されることなく、成形品２０同士を十分に接触させることが可能となる。
【００８４】
また、図２３に示すように、成形品２０のバリは当該上面２１Ａに略平行な方向（図２３中の左右方向）に生じないため、良好な精度で成形品を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが当該凸部２ａの上面２ａ1から突き出すことを従来例よりも抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００８５】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図１、図５および図６に示すように、孔形成用凹部２ｂ、１ｃの各々の周囲にも突起部２ｆ、１ｆの各々が設けられているため、上記と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、仮にガス流路とマニホールド用の孔とが接続される側にバリが生じる場合には、ガス流路とマニホールド用の孔との間にバリが存在することになり、流路−孔間における流体の流れが阻害される。しかし本実施の形態では、図２および図３に示すように、孔形成用凸部１ｂに接続する流路形成用凸部１ｇが形成された金型部材１とは反対側の金型部材２に、孔形成用凹部２ｂの周囲を取り囲むように突起部２ｆが形成されている。このように流路形成用凸部１ｇと突起部２ｆとが互いに反対側の金型部材に形成されているため、ガス流路とマニホールド用の孔との接続部にバリが生じることはない。よって、バリにより流体の流れが阻害されることはない。
【００８７】
また図２および図３に示すように、孔形成用凸部２ｃに接続する流路形成用凸部２ｇが形成された金型部材２とは反対側の金型部材１に、孔形成用凹部１ｃの周囲を取り囲むように突起部１ｆが形成されている。このように、上記と同様、流路形成用凸部１ｇと突起部２ｆとが互いに反対側の金型部材に形成されているため、バリにより流体の流れが阻害されることはない。
【００８８】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図９に示すように、凹部１ａの底面１ａ1に対して凸部１ｄの上面１ｄ1が凸部２ａの上面２ａ1よりも低い場合には、図１６に示すように連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの間の最短距離の部分は、常に突起部２ｅの高さの範囲内に位置する。これにより、脱型する際にこの最短距離の部分でバリが折れることになるため、バリが凸部２ａの上面２ａ1よりも上方へ突き出すことは防止される。また図１１および図１３の場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図１７〜図１９に示すように、連結側面２ｈ1が傾斜角度αを有する第１の側面部分と、傾斜角度βを有する第２の側面部分とを有する場合には、脱型の際に、小さい傾斜角度αの第１の側面部分では金型部材２が金型部材１から抜け難く、かつ大きな傾斜角度βの第２の側面部分では金型部材２が金型部材１から抜け易くなる。これにより、脱型と同時に、第１の側面部分と第２の側面部分との境界位置からバリが折れる。このため、脱型後にバリ部分を取り外す作業が不要となる。
【００９０】
またこの第１の側面部分と第２の側面部分との境界位置は、連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの間の最短距離となる部分に設けられていることが好ましい。
【００９１】
また本実施の形態の成形用金型１０では、図４に示すように、金型部材１と金型部材２とを重ね合わせた状態で、連結側面２ｈ1と凸部１ｄとの最短距離ｂ1が凸部１ｄの上面１ｄ1と凹部２ｄの底面２ｄ1との距離ｔ2よりも小さい場合には、距離ｔ2の部分よりも最短距離ｂ1の部分が脱型の際に割れやすくなる。仮に脱型の際に距離ｔ2の部分で成形品が割れた場合には、成形品には図中上方向および横方向に大きく突き出したバリが生じることになる。しかし、図４の構成では、脱型の際に、最短距離ｂ1の部分で成形品が割れるため、脱型後に生じるバリを小さくでき、バリが凸部２ａの上面２ａ1から上方へ突き出すことが抑制される。
【００９２】
図５において連結側面２ｈ2と凸部１ｂとの最短距離ｂ2が孔形成用凸部１ｂの上面１ｂ1と孔形成用凹部２ｂの底面２ｂ1との距離ｔ3よりも小さい場合、および図６において連結側面１ｈと孔形成用凸部２ｃとの最短距離ｂ3が孔形成用凸部２ｃの上面２ｃ1と孔形成用凹部１ｃの底面１ｃ1との距離ｔ4よりも小さい場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
また本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０では、図２１に示すように、燃料電池用セパレータ２０の縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部２１ｅ1で内周側が凹部２１ｅ2よりなる段部２１ｅが形成されている。この凸部２１ｅ1はバリであるが、バリの内周側に凹部２１ｅ2があるため、図２８に示すようにバリ発生の起点Ｓ２は凹部２１ｅ2の底面からとなる。このため、バリが燃料電池用セパレータ２０の表面２１Ａから突き出すことは抑制される。このため、燃料電池用セパレータ２０を積み重ねるときに燃料電池用セパレータ２０同士を十分に接触させることが可能となる。また、燃料電池用セパレータ２０のバリは当該上面に略平行な方向に生じないため、良好な精度で燃料電池用セパレータ２０を位置決めして積み重ねることが可能となる。またバリが燃料電池用セパレータ２０の表面２１Ａから突き出すことを抑制することができるため、複雑なバリ取り加工が不要となる。
【００９４】
また本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０では、図２１および図２２に示すように、マニホールド用の孔２１ｂまたは２１ｃを取り囲むように、内周側が凸部２１ｆ1で外周側が凹部２１ｆ2よりなる段部２１ｆが形成されている。このため、上記と同様、バリである凸部２１ｆ1が燃料電池用セパレータ２０の表面２１Ａまたは２１Ｂから突き出すことは抑制される。よって、上記と同様の効果が得られる。
【００９５】
また燃料電池では、燃料ガスから水が生成される。このため、ガス流路２１ｇとマニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃとの接続部にバリがあると、この生成水がバリによりガス流路２１ｇからマニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃへ流れ込み難くなり、ガス流路２１ｇに溜まる。この溜まった水塊が隣のセルに流入することで燃料ガスの流れが不安定となり、電池電圧が乱れる。しかし本実施の形態では、図２６に示すように、バリとなる凸部２１ｆ1はガス流路２１ｇが形成された面とは反対側の面に形成されるため、ガス流路２１ｇとマニホールド用の孔２１ｂ、２１ｃとの接続部にバリが生じることはない。よって、上記の電池電圧の乱れは生じない。
【００９６】
また本実施の形態の燃料電池用セパレータ２０の製造方法によれば、成形品２０同士を十分に接触させることができ、かつ良好な精度で成形品２０を位置決めして積み重ねることができ、かつ複雑なバリ取り加工が不要な燃料電池用セパレータを製造することができる。
【００９７】
なお、本実施の形態における金型は圧縮成形用の金型であってもよく、射出圧縮成形用の金型であってもよい。
【００９８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等に対して適用されるリン酸型燃料電池、ダイレクトメタノ−ル型燃料電池、固体高分子型燃料電池等の燃料電池に対して使用可能な燃料電池用セパレータの製造方法およびそれに用いられる成形用金型に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の一実施の形態における成形用金型の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示す成形用金型の下型（金型部材１）の賦形側の面を示す概略平面図である。
【図３】図１に示す成形用金型の上型（金型部材２）の賦形側の面を示す概略平面図である。
【図４】図１の領域Ｒ１を拡大して示す断面図である。
【図５】図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図である。
【図６】図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図である。
【図７】図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図であり、高さＨ21と高さＨ11とが同じである場合を示す図である。
【図８】図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図であり、高さＨ21が高さＨ11よりも高い場合を示す図である。
【図９】図１の領域Ｒ２を拡大して示す断面図であり、高さＨ21が高さＨ11よりも低い場合を示す図である。
【図１０】図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図であり、高さＨ22が高さＨ11よりも高い場合を示す図である。
【図１１】図１の領域Ｒ３を拡大して示す断面図であり、高さＨ22が高さＨ11よりも低い場合を示す図である。
【図１２】図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図であり、高さＨ23が高さＨ12よりも高い場合を示す図である。
【図１３】図１の領域Ｒ４を拡大して示す断面図であり、高さＨ23が高さＨ12よりも低い場合を示す図である。
【図１４】図７に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。
【図１５】図８に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。
【図１６】図９に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図である。
【図１７】図７に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図であり、連結側面が傾斜角度の異なる第１および第２の側面部分を有する構成を示す図である。
【図１８】図８に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図であり、連結側面が傾斜角度の異なる第１および第２の側面部分を有する構成を示す図である。
【図１９】図９に示す突起部２ｅ付近を拡大して示す断面図であり、連結側面が傾斜角度の異なる第１および第２の側面部分を有する構成を示す図である。
【図２０】本発明の一実施の形態における成形用金型を用いた燃料電池用セパレータの製造方法を示す概略断面図である。
【図２１】燃料電池用セパレータ２０の一方表面の構成を概略的に示す平面図である。
【図２２】燃料電池用セパレータ２０の他方表面の構成を概略的に示す平面図である。
【図２３】図２１および図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図２４】図２３の領域Ｑ１を拡大して示す概略断面図である。
【図２５】図２３の領域Ｑ２を拡大して示す概略断面図である。
【図２６】図２１のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿う概略断面図である。
【図２７】従来例の燃料電池用セパレータにおいてバリが燃料電池用セパレータの表面より上方に突き出す様子を説明するための燃料電池用セパレータの部分断面図である。
【図２８】本発明の一実施の形態における燃料電池用セパレータにおいてバリが燃料電池用セパレータの表面より上方に突き出すことを抑制できることを説明するための燃料電池用セパレータの部分断面図である。
【図２９】従来のシェアエッジ構造の圧縮成形用金型の構成（ａ）と、それにより成形された成形品の構成（ｂ）を示す断面図である。
【図３０】従来の合わせ型の圧縮成形用金型の構成（ａ）と、それにより成形された成形品の構成（ｂ）を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 金型部材、１ａ，１ｃ，２ｄ 凹部、１ａ1，１ｃ1，２ｂ1，２ｄ1 底面、１ｂ1，１ｄ1，２ａ1，２ｃ1 上面、１ｂ，２ｃ 孔形成用凸部、１ｃ，２ｂ 孔形成用凹部、１ｄ，２ａ 凸部、１ｆ，２ｅ，２ｆ 突起部、１ｃ2，１ｆ2，２ａ2，２ａ3，２ｅ2，２ｆ2 側面、１ｆ1，２ｅ1，２ｆ1 頂面、１ｇ，２ｇ 流路形成用凸部、１ｈ，２ｈ1，２ｈ2 連結側面、２ 金型部材、１０ 成形用金型、２０ 燃料電池用セパレータ（成形品）、２０ａ 成形材料、２１Ａ 一方表面、２１Ｂ 他方表面、２１ｂ，２１ｃ マニホールド用の孔、２１ｅ，２１ｆ 段部、２１ｅ1，２１ｆ1 凸部、２１ｅ2，２１ｆ2 凹部、２１ｇ ガス流路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形材料を成形するための成形用金型であって、
第１の凹部を有する第１の金型部材と、
前記第１の凹部に対応して設けられた第１の凸部を有する第２の金型部材とを備え、
前記第１の凸部は、前記第１の凹部の底面と対向する上面に突起部を有し、
前記突起部は、前記第１の凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ前記上面の縁部の一部または全周を取り囲むように形成されている、成形用金型。
【請求項２】
前記第１の金型部材は前記第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有し、
前記第１の凸部と前記第１の凹部とを対応させて前記第１の金型部材と前記第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、前記第２の凸部の上面は前記第１の凹部の底面に対して前記第１の凸部の上面よりも下側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の成形用金型。
【請求項３】
前記第２の金型部材は、前記第１の凸部の側面と前記第１の凸部の側面に繋がる前記突起部の側面とから構成された連結側面を有し、
前記連結側面は、第１の側面部分と、前記第１の側面部分よりも前記突起部の頂面側に位置する第２の側面部分とを有し、
前記第１の凹部の底面の垂線に対する前記第２の側面部分の傾斜角度は、前記垂線に対する前記第１の側面部分の傾斜角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の成形用金型。
【請求項４】
前記第２の金型部材は、前記第１の凸部の側面と前記第１の凸部の側面に繋がる前記突起部の側面とから構成された連結側面を有し、
前記第１の金型部材は前記第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有し、
前記第２の金型部材は前記第１の凸部の周囲を取り囲み、かつ前記第２の凸部に対応して設けられた第２の凹部を有しており、
前記第１の凸部と前記第１の凹部とを対応させて前記第１の金型部材と前記第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、前記連結側面と前記第２の凸部との最短距離が前記第２の凸部の上面と前記第２の凹部の底面との距離よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項５】
成形材料を成形して成形品を形成するための成形用金型であって、
前記成形品に孔を形成するための孔形成用凸部および前記孔形成用凸部の周囲を取り囲む凹部を有する第１の金型部材と、
前記孔形成用凸部に対応して設けられた孔形成用凹部および前記孔形成用凹部の周囲を取り囲む凸部を有する第２の金型部材とを備え、
前記第２の金型部材の前記凸部は、前記凹部の底面に対向する上面に突起部を有し、
前記突起部は、前記第２の金型部材の前記凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ前記孔形成用凹部の全周を取り囲むように形成されている、成形用金型。
【請求項６】
前記成形品の前記孔に接続された流路を形成するための流路形成用凸部は、前記流路が接続される前記孔を形成するための前記孔形成用凸部に接続するように前記第１の金型部材に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の成形用金型。
【請求項７】
マニホールド用の孔と前記孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、
前記燃料電池用セパレータの互いに対向する表面のいずれか一方に、前記燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部で内周側が凹部よりなる段部が形成された、燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
マニホールド用の孔と前記孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、
前記流路の底面は平坦であり、前記流路が接続された前記孔の周囲であって前記流路が形成された面とは反対側の面に前記孔を取り囲むように、内周側が凸部で外周側が凹部よりなる段部が形成された、燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の成形用金型を用いて成形材料を成形する工程を経て燃料電池用セパレータを製造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。
【請求項１】
成形材料を成形するための成形用金型であって、
第１の凹部を有する第１の金型部材と、
前記第１の凹部に対応して設けられた第１の凸部を有する第２の金型部材とを備え、
前記第１の凸部は、前記第１の凹部の底面と対向する上面に突起部を有し、
前記突起部は、前記第１の凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ前記上面の縁部の一部または全周を取り囲むように形成されている、成形用金型。
【請求項２】
前記第１の金型部材は前記第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有し、
前記第１の凸部と前記第１の凹部とを対応させて前記第１の金型部材と前記第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、前記第２の凸部の上面は前記第１の凹部の底面に対して前記第１の凸部の上面よりも下側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の成形用金型。
【請求項３】
前記第２の金型部材は、前記第１の凸部の側面と前記第１の凸部の側面に繋がる前記突起部の側面とから構成された連結側面を有し、
前記連結側面は、第１の側面部分と、前記第１の側面部分よりも前記突起部の頂面側に位置する第２の側面部分とを有し、
前記第１の凹部の底面の垂線に対する前記第２の側面部分の傾斜角度は、前記垂線に対する前記第１の側面部分の傾斜角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の成形用金型。
【請求項４】
前記第２の金型部材は、前記第１の凸部の側面と前記第１の凸部の側面に繋がる前記突起部の側面とから構成された連結側面を有し、
前記第１の金型部材は前記第１の凹部の周囲を取り囲む第２の凸部を有し、
前記第２の金型部材は前記第１の凸部の周囲を取り囲み、かつ前記第２の凸部に対応して設けられた第２の凹部を有しており、
前記第１の凸部と前記第１の凹部とを対応させて前記第１の金型部材と前記第２の金型部材とを重ね合わせた状態で、前記連結側面と前記第２の凸部との最短距離が前記第２の凸部の上面と前記第２の凹部の底面との距離よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項５】
成形材料を成形して成形品を形成するための成形用金型であって、
前記成形品に孔を形成するための孔形成用凸部および前記孔形成用凸部の周囲を取り囲む凹部を有する第１の金型部材と、
前記孔形成用凸部に対応して設けられた孔形成用凹部および前記孔形成用凹部の周囲を取り囲む凸部を有する第２の金型部材とを備え、
前記第２の金型部材の前記凸部は、前記凹部の底面に対向する上面に突起部を有し、
前記突起部は、前記第２の金型部材の前記凸部の側面に繋がる側面とキャビティに面する頂面とを有し、かつ前記孔形成用凹部の全周を取り囲むように形成されている、成形用金型。
【請求項６】
前記成形品の前記孔に接続された流路を形成するための流路形成用凸部は、前記流路が接続される前記孔を形成するための前記孔形成用凸部に接続するように前記第１の金型部材に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の成形用金型。
【請求項７】
マニホールド用の孔と前記孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、
前記燃料電池用セパレータの互いに対向する表面のいずれか一方に、前記燃料電池用セパレータの縁部全周を取り囲むように、外周側が凸部で内周側が凹部よりなる段部が形成された、燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
マニホールド用の孔と前記孔に接続された流路とを有する燃料電池用セパレータであって、
前記流路の底面は平坦であり、前記流路が接続された前記孔の周囲であって前記流路が形成された面とは反対側の面に前記孔を取り囲むように、内周側が凸部で外周側が凹部よりなる段部が形成された、燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の成形用金型を用いて成形材料を成形する工程を経て燃料電池用セパレータを製造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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００８−３０３１３（Ｐ２００８−３０３１３Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０６５２８（Ｐ２００６−２０６５２８）
【出願日】平成１８年７月２８日（２００６．７．２８）
【出願人】（０００００２８８６）大日本インキ化学工業株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２８日（２００６．７．２８）
【出願人】（０００００２８８６）大日本インキ化学工業株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
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