燃料電池用セパレータの成形装置と成形方法

【課題】薄く均一な肉厚のセパレータを成形する装置と方法を提供する。
【解決手段】型合わせ面１９からの深さが可変なキャビティ２０を有する金型のキャビティ２０をセパレータの厚さに応じた所定深さにし、導電性フィラーを含む樹脂材料６を前記キャビティ２０の開口端部２３に係合して設けた枠部材１３の内縁１４まで供給し、前記内縁１４から膨出した前記樹脂材料６を均し手段７により平坦にした後、前記キャビティ２０の深さを増加させるとともに前記枠部材１３を前記開口端部２３から除去し、前記キャビティ２０へコア９を嵌入させて圧縮成形する燃料電池用セパレータの成形方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータを成形する成形装置とその成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄板状成形品である燃料電池用セパレータは、表面にガス流路用の溝が形成された導電性の薄板である。燃料電池はこのセパレータ等を数百枚積み重ねて構成され、１０年以上の耐用年数が要求される。このため、セパレータに必要な特性として、高い導電性、８０〜１５０℃の耐熱性、耐薬品性、気密性、面精度、板厚寸法の精度と薄肉化（０．０１ｍｍの誤差は７００枚積み重ねると７ｍｍとなる。）、耐久性、強度及び金型凹部に刻設された溝を正確に転写する転写性などが挙げられる。このような薄板状成形品は、特許文献１に開示されるような圧縮成形法で成形されることが多い。
【０００３】
圧縮成形法では、成形する前に金型凹部へ材料を供給する必要があるが、セパレータの薄肉化の要求により凹部面には１ｍｍ以下の厚さに均一に材料を敷き詰めなければならない。このため、特許文献２に示されるように、雌型擦り切り面に密着させた粉末状原料投入装置をスライドさせながら粉末状原料を雌型内に擦り切り投入する方法等が提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記の方法では雌型縁周辺の粉末状原料が雌型縁に付着しセパレータ外周に縦バリを生じさせたり、肉厚の不均一を招いた。
【特許文献１】特開２００１−１４３７２２号公報
【特許文献２】特開２００３−２２３９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した問題を解決すべくなされたものであって、薄く均一な肉厚のセパレータを成形する装置と方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、導電性フィラーを含む樹脂材料と、型合わせ面からの深さが可変なキャビティを有する金型と、前記キャビティに供給した前記樹脂材料を前記キャビティの開口端部の面に均す均し手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用セパレータの成形装置に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、薄く均一な肉厚のセパレータを成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は成形装置のニュートラル状態を示す縦断面図であり、図２は成形装置の樹脂材料供給時を示す縦断面図であり、図３は成形装置の樹脂材料の均し状態を示す縦断面図であり、図４は成形装置の樹脂材料の均し終了時を示す縦断面図であり、図５は成形装置の樹脂材料移動後を示す縦断面図であり、図６は成形装置の樹脂材料の圧縮成形開始時を示す縦断面図であり、図７は成形装置の樹脂材料の圧縮成形中を示す縦断面図であり、図８は成形装置の樹脂材料の圧縮成形後を示す縦断面図である。図９は下型に供給された樹脂材料を均し手段により均す状況を示す斜視図である。図１０は枠部材の斜視図である。図１１は枠部材を下型に装着して樹脂材料を均す状況を示す断面図である。
【０００９】
成形装置１８は、プラスチック材料の圧縮成形を行うプレス装置であり、下型１と上型８とが相互に接近・圧締かつ離隔するように構成されている。下型１の上型８との対向面である型合わせ面１９には、凹部２が型合わせ面１９に開口するように形成されている。凹部２には、キャビティ盤３が凹部２の側面を摺動して移動可能に嵌挿されている。キャビティ盤３は、その下面に固着されたロッド４を介して駆動装置５により、下面が凹部２の底面に当接する後退位置から、その上面が型合わせ面１９から突出する前進位置まで往復移動する。キャビティ盤３の上面、凹部２の側面および型合わせ面１９の面で形成される空間をキャビティ２０とする。上型８と下型１とが接近したときに、キャビティ２０には上型８の下面に突設したコア９が嵌入して、前記キャビティ２０の底面すなわちキャビティ盤３の上面に供給された樹脂材料が加熱・圧縮されて成形品が成形される。
【００１０】
図１ないし図８により、本発明の圧縮成形方法を詳細に説明する。図１は、キャビティ盤３が後退位置にあり、キャビティ盤３の下面が凹部２の底面に当接したときのニュートラル状態である。図２は、駆動装置５を前進駆動してキャビティ盤３を所定位置まで上昇させ、キャビティ２０に樹脂材料６を供給した状態を示す。
【００１１】
ここで、樹脂材料６とは、カーボンや黒鉛等の導電性フィラーを熱可塑性または熱硬化性のプラスチック材料に混合した粉末状のものである。また、前記粉末状の樹脂材料６を溶融させて押出機やローラでシート状に形成したものをキャビティ２０に供給して粉末状のものと同様にして成形することもあるので、樹脂材料６は粉末状のものに限定するものではない。
【００１２】
図３は、キャビティ２０の開口端部２３から膨出した樹脂材料６を均し手段７によって均している状況を示す。均し手段７は、図９に示すように、キャビティ２０の開口端部２３または開口端部２３が環状凸部状となっている部分（図示せず）に接触して回動するローラ１０と、ローラ１０の中心軸を回転自在に保持するコ字状のアーム１１と、アーム１１の上部面に取付けられローラ１０が前記開口端部２３を押圧しつつローラ１０の中心軸に直交する方向へ移動するように駆動するシリンダとピストン等からなる駆動手段１２とからなる。均し手段７は、単なる棒材や板材からなるいわゆる擦り切り部材であってもよいが、本実施例のようにローラ１０を用いることにより、樹脂材料６を押え込みながら表面を平坦にするので、樹脂材料６の密度が増し材料間の空気が脱気されて、良質なセパレータが成形できる。いずれにしても、型合わせ面１９は平面であり前記環状凸部の上面は型合わせ面１９に平行な面に形成するので、樹脂材料６は平面に均される。
【００１３】
図４は、上記均し手段７による樹脂材料６の均しが終了した状態を示す。キャビティ盤３は、図４における樹脂材料６が圧縮成形されたときに所望のセパレータの厚さとなるような前記所定位置に駆動装置５により位置決めされている。駆動装置５は、ローラ１０の押圧力に対抗できるだけの出力を有する必要があり、油圧シリンダやサーボモータ等を用いた位置決め機構が好適に採用される。なお、キャビティ盤３の位置決め位置を任意の多数個所とする必要がなければ、キャビティ盤３の位置決め機構として、キャビティ盤３の下面でその両側に進退移動する段板を備え、その段部にキャビティ盤３の下面を当接させるようにしてもよい。
【００１４】
次に、図５に示すように、駆動装置５を駆動してキャビティ盤３をその後退位置に下げて、キャビティ盤３の下面と凹部２の底面とを当接させる。このようにすることにより、樹脂材料６の平坦化された上面は、型合わせ面１９よりも凹部２内に沈下する。そのため、図６および図７に示すように、凹部２の側面上方には成形品の縦バリや板厚の偏肉の原因となる樹脂材料６の付着や堆積がなく、コア９のキャビティ２０への嵌入が容易となり圧縮成形が良好に実行できる。
【００１５】
図８は、樹脂材料６が圧縮成形され固化して成形品（セパレータ）となったものをキャビティ２０から取出すため、駆動装置５によりキャビティ盤３を前進させた状態を示す。
【００１６】
次に、他の実施例として枠部材１３を用いた成形方法について説明する。枠部材１３は、図１０および図１１に示すように、キャビティ２０の開口端部２３に係合する内縁部２１と、内縁部２１の高さ方向の中間位置から外側に突出する断面Ｌ字状の外縁部２２とからなる。内縁部２１の上半部と外縁部２２の上部により形成される断面Ｕ字状部分は、環状溝１５となっている。
【００１７】
枠部材１３を用いた成形方法を、枠部材１３を用いない前記図１ないし図８に基づいて説明する。まず、図１において、キャビティ２０の開口端部２３に枠部材１３を係合して設置する。そして図２ないし図４に代えた図１１に示すように、枠部材１３の内縁１４まで供給した樹脂材料６を、ローラ１０が内縁部２１の上端部である頂部１７に接触して移動するようにして均す。このとき、頂部１７は、樹脂材料６のきれをよくするため、尖頭となっていることが好ましい。その結果、内縁１４から溢流した樹脂材料６は、環状溝１５に余剰材料１６として収容される。そして図５のようにキャビティ盤３を後退させた後、開口端部２３に係合していた枠部材１３を取り外して除去し、図６ないし図８と同様にして圧縮成形する。このように、枠部材１３を用いた成形方法によれば、凹部２の側面上方に枠部材１３が装着されるため樹脂材料６の付着や堆積がなく、成形品の縦バリや板厚の偏肉がより一層防止され得て、良質な成形品が容易に圧縮成形される。
【００１８】
この発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】成形装置のニュートラル状態を示す縦断面図である。
【図２】成形装置の樹脂材料供給時を示す縦断面図である。
【図３】成形装置の樹脂材料の均し状態を示す縦断面図である。
【図４】成形装置の樹脂材料の均し終了時を示す縦断面図である。
【図５】成形装置の樹脂材料移動後を示す縦断面図である。
【図６】成形装置の樹脂材料の圧縮成形開始時を示す縦断面図である。
【図７】成形装置の樹脂材料の圧縮成形中を示す縦断面図である。
【図８】成形装置の樹脂材料の圧縮成形後を示す縦断面図である。
【図９】下型に供給された樹脂材料を均し手段により均す状況を示す斜視図である。
【図１０】枠部材の斜視図である。
【図１１】枠部材を下型に装着して樹脂材料を均す状況を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１下型
２凹部
３キャビティ盤
４ロッド
５駆動装置
６樹脂材料
７均し手段
８上型
９コア
１０ローラ
１１アーム
１２駆動手段
１３枠部材
１４内縁
１５環状溝
１６余剰材料
１７頂部
１８成形装置
１９型合わせ面
２０キャビティ
２１内縁部
２２外縁部
２３開口端部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性フィラーを含む樹脂材料と、型合わせ面からの深さが可変なキャビティを有する金型と、前記キャビティに供給した前記樹脂材料を前記キャビティの開口端部の面に均す均し手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用セパレータの成形装置。
【請求項２】
前記キャビティの開口端部に係合する枠部材を備え、前記樹脂材料を該枠部材の内縁まで供給して内縁の面に均す請求項１に記載の燃料電池用セパレータの成形装置。
【請求項３】
前記均し手段はローラを備えた請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータの成形装置。
【請求項４】
型合わせ面からの深さが可変なキャビティを有する金型のキャビティをセパレータの厚さに応じた所定深さにし、導電性フィラーを含む樹脂材料を前記キャビティへ供給し、前記キャビティの開口端部から膨出した前記樹脂材料を均し手段により平坦にした後、前記キャビティの深さを増加させ、前記キャビティへコアを嵌入させて圧縮成形することを特徴とする燃料電池用セパレータの成形方法。
【請求項５】
型合わせ面からの深さが可変なキャビティを有する金型のキャビティをセパレータの厚さに応じた所定深さにし、導電性フィラーを含む樹脂材料を前記キャビティの開口端部に係合して設けた枠部材の内縁まで供給し、前記内縁から膨出した前記樹脂材料を均し手段により平坦にした後、前記キャビティの深さを増加させるとともに前記枠部材を前記開口端部から除去し、前記キャビティへコアを嵌入させて圧縮成形することを特徴とする燃料電池用セパレータの成形方法。
【請求項６】
前記枠部材は、その内縁の外周に環状溝を有し、前記内縁から膨出した前記樹脂材料を均し手段により平坦にする際、前記内縁から溢流した前記樹脂材料を前記環状溝に余剰材料として収容する請求項５に記載の燃料電池用セパレータの成形方法。

【図１】