燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置
【課題】導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法において、より均一に火炎処理することである。
【解決手段】導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４を火炎処理する凸部火炎処理工程(Ｓ１２)と、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理工程(Ｓ１４)とを有する。そして、凸部火炎処理工程(Ｓ１２)は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６をマスキングして火炎処理し、凹部火炎処理工程(Ｓ１４)は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４をマスキングして火炎処理することが好ましい。
【解決手段】導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４を火炎処理する凸部火炎処理工程(Ｓ１２)と、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理工程(Ｓ１４)とを有する。そして、凸部火炎処理工程(Ｓ１２)は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６をマスキングして火炎処理し、凹部火炎処理工程(Ｓ１４)は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４をマスキングして火炎処理することが好ましい。
【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の製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置に係り、特に、導電性材料を含む樹脂で凹凸状に予備成形される燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に空気中の酸素を化学反応させて、電気エネルギをつくりだしている。そして、水素と酸素とが化学反応した結果として、水が生成される。燃料電池の種類は、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型の燃料電池に用いられる単セルは、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層と、セパレータとを含んで構成される。このうち電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを一体化したものは、一般的に、膜電極接合体(Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ)と呼ばれている。
【０００３】
図８は、燃料電池に使用される単セル６０の構成を示す模式図である。燃料電池に使用される単セル６０は、図８に示すように、電解質膜６２の両側にそれぞれ触媒層６４が積層され、各々の触媒層６４にガス拡散層６６が積層されて構成される膜電極接合体６８に、更に、燃料電池用セパレータ７０が積層されることにより構成される。
【０００４】
燃料電池用セパレータは、チタンやステンレス等の金属材料または焼成カーボン材料等を機械加工等することにより製造される。また、燃料電池用セパレータは、導電性材料、例えば、カーボン材料を含む樹脂を射出成形等で成形することにより製造される。そして、燃料電池用セパレータの表面には、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ：ＬＬＣ）の流路が形成されている。
【０００５】
燃料電池用セパレータは、生成した水を効率的に排水し、フラッデング(Ｆｌｏｏｄｉｎｇ)を抑制するために親水性機能を有している。そして、燃料電池用セパレータの親水性は、例えば、導電性材料を含む樹脂を用いて予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を火炎処理することにより、燃料電池用セパレータに付与される。
【０００６】
特許文献１には、黒鉛粉と樹脂からなる材料を成形又は機械加工をして得られる燃料電池用セパレータ材の表面を、バーナからの火炎と接触させて５００〜１２００℃の火炎温度で、０．５〜３０ｓｅｃの処理時間でフレーム処理することにより親水性が付与された燃料電池用セパレータ等が示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１３３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体をガスバーナ等で火炎処理する場合には、例えば、燃料電池用セパレータ予備成形体に対して略垂直にガスバーナのノズルを配置して、燃料電池用セパレータ予備成形体を火炎処理する。このような方法により燃料電池用セパレータ予備成形体を火炎処理する場合には、燃料電池用セパレータ予備成形体が凹凸状であるため、火炎処理されて製造された燃料電池用セパレータにばらつきが生じる場合がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、より均一に火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理工程を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法において、凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法において、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理工程を有し、凸部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る燃料電池用セパレータは、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータであって、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理して製造されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凹部における側面に沿って火炎処理して製造されることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を、凹部をマスキングして火炎処理し、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凸部をマスキングして火炎処理して製造されることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置は、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造装置であって、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理手段を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置は、凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理することが好ましい。
【００１８】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理手段を有し、凸部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、より均一に火炎処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、燃料電池用セパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【００２１】
燃料電池用セパレータ予備成形工程（Ｓ１０）は、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に燃料電池用セパレータ予備成形体を予備成形する工程である。
【００２２】
樹脂は、燃料電池用セパレータ予備成形体を所定の形状に予備成形するために用いられる。樹脂には、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられる。これらの樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、液晶性ポリマ（ＬＣＰ）等を使用することができる。勿論、樹脂は、これらの熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に限定されることはない。また、これらの樹脂には、樹脂を溶かすための溶剤や樹脂を硬化させるための硬化剤等を添加することができる。
【００２３】
導電性材料は、導電性を付与するために樹脂に添加される。導電性材料には、炭素材料や黒鉛材料等を用いることができる。そして、これらの材料には、例えば、カーボンブラックや黒鉛粉末等が用いられる。カーボンブラックには、ケッチェンブラック（ライオン社製）やデンカブラック（電気化学工業社製）等を用いることができる。また、炭素材料には、カーボンファイバまたはカーボンナノチューブ等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、導電性材料として、金またはニッケル等の金属粉末等を用いてもよく、これらの材料に限定されることはない。
【００２４】
燃料電池用セパレータ予備成形体は、導電性材料を含む樹脂を射出成形して予備成形されることが好ましい。射出成形は、複雑形状の樹脂成形品についても成形可能であり、生産性が高い成形方法であるからである。勿論、他の条件次第では、燃料電池用セパレータ予備成形体は、圧縮成形等により成形することができる。
【００２５】
燃料電池用セパレータ予備成形体は、樹脂と導電性材料とを所定の割合で混合機により混合した導電性材料を含む樹脂を、所定の形状を有する金型に射出することにより予備成形される。ここで、金型は、予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体が凹凸状となるような形状に機械加工されて製造される。燃料電池用セパレータ予備成形体を凹凸状とするのは、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液等の流路を形成するためである。そして、金型の中で導電性材料を含む樹脂を固化または硬化させた後、脱型することにより燃料電池用セパレータ予備成形体が予備成形される。
【００２６】
そして、燃料電池用セパレータ予備成形体の表面には、その内部よりも樹脂比率が高い樹脂リッチ層が略４０μｍ〜略５０μｍ形成される。これは、燃料電池用セパレータ予備成形体の予備成形時において、樹脂の流動性が導電性材料、特に、カーボン材料の流動性よりも高いために、燃料電池用セパレータ予備成形体の表面に樹脂が流れやすいからである。
【００２７】
図２は、予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体１０を示す図である。燃料電池用セパレータ予備成形体１０は、酸化ガスマニホールド入口１２と、酸化ガスマニホールド出口１４と、燃料ガスマニホールド入口１６と、燃料ガスマニホールド出口１８と、冷却液マニホールド入口２０と、冷却液マニホールド出口２２と、ガス流路突出部である凸部２４と、ガス流路溝である凹部２６と、シール部２８とを有している。
【００２８】
凸部火炎処理工程（Ｓ１２）は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４を火炎処理する工程である。燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４を火炎処理するのは、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４表面に形成された樹脂リッチ層を、火炎処理により樹脂を炭化させて除去するためである。
【００２９】
凸部火炎処理工程（Ｓ１２）は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凹部２６をマスキングして凸部２４を火炎処理することが好ましい。このように、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凹部２６をマスキング材でマスキングすることにより、凹部２６への火炎処理の影響を抑えて凸部２４を火炎処理することができる。
【００３０】
図３は、凹部２６をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体３０を示す図である。燃料電池用セパレータ予備成形体３０は、図３に示すように、凹部２６だけでなく酸化ガスマニホールド入口１２等についてもマスキング材３２によりマスキングされる。ここで、マスキング材３２の材料には、耐熱性を有する炭素材料、黒鉛材料またはセラミックスを用いることができる。勿論、他の条件次第では、高融点金属材料等を用いることができ、これらの材料に限定されることはない。マスキング材３２は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４に対応する部分が開口となるように機械加工等して製造される。
【００３１】
マスキング材３２は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０に、マスキング材３２の開口と燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４とが合うようにして取り付けられる。また、マスキング材３２は、火炎処理中のズレを抑えるために、支持部材等により支持されて取り付けられてもよい。勿論、他の条件次第では、マスキング材３２と燃料電池用セパレータ予備成形体１０とを接着等により仮止めすることもできる。
【００３２】
凹部２６をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４は、凸部火炎処理手段により火炎処理される。図４は、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４における火炎処理を示す模式図である。凸部火炎処理手段には、一般的に、火炎処理で用いられるガスバーナ火炎処理装置３４を使用することができる。
【００３３】
ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルは、燃料電池用セパレータ予備成形体３０に対して略垂直となるようにして配置される。そして、ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルから噴射された火炎は、マスキング材３２の開口３５を通って、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４と接触する。ガスバーナ火炎処理装置３４は、１本のノズルだけでなく複数本のノズルを用いることができる。凸部２４における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルを、例えば、凸部２４に沿って移動させることにより処理することができる。そして、凸部２４における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルを、順次、平行移動させることにより全ての凸部２４を火炎処理して終了する。また、シール部２８についても凸部２４と同様に火炎処理される。
【００３４】
凸部２４における火炎処理条件は、火炎処理により樹脂を炭化して、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４表面に形成された樹脂リッチ層を除去できる処理条件で処理される。凸部２４における火炎処理条件は、表面温度が略５００℃以上略１０００℃以下、処理時間が略１秒間以上略５秒間以下とすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、このような火炎処理条件に限定されることはない。そして、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４とシール部２８とにおける火炎処理が終了した後、マスキング材３２が取り外される。
【００３５】
このように、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４を火炎処理することにより、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４表面に形成された樹脂リッチ層が除去される。そして、凸部２４の樹脂リッチ層が除去されることにより、膜電極接合体と接触するガス流路突出部の表面抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ以下にすることができる。
【００３６】
凹部火炎処理工程（Ｓ１４）は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６を火炎処理する工程である。燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６を火炎処理するのは、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６表面に形成された樹脂リッチ層を、火炎処理により樹脂を炭化させて除去するためである。凹部火炎処理工程（Ｓ１４）は、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部２４に伝わる熱量を低減して凹部２６を選択的に火炎処理することができる。このように、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４に伝わる熱量を低減することにより、凸部２４への火炎処理の影響を抑えて凹部２６が火炎処理される。
【００３７】
凹部火炎処理工程（Ｓ１４）は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４をマスキングして凹部２６を火炎処理することが好ましい。このように、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４をマスキング材によりマスキングすることにより、凸部２４への火炎処理の影響を抑えて凹部２６を火炎処理することができる。
【００３８】
図５は、凸部２４をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体４０を示す図である。燃料電池用セパレータ予備成形体４０は、凸部２４を火炎処理した燃料電池用セパレータ予備成形体４１にマスキング材４２でマスキングしたものである。そして、燃料電池用セパレータ予備成形体４０は、図５に示すように、凸部２４だけでなく、シール部２８や酸化ガスマニホールド入口１２等についてもマスキング材４２でマスキングされる。
【００３９】
マスキング材４２には、上述した耐熱性を有する炭素材料等を用いることができる。そして、マスキング材４２は、燃料電池用セパレータ予備成形体４１の凹部２６に対応する部分が開口となるようにして機械加工等して製造される。マスキング材４２は、凸部２４が火炎処理された燃料電池用セパレータ予備成形体４１に、マスキング材４２の開口と燃料電池用セパレータ予備成形体４１の凹部２６とが合うようにして、上述したような方法により取り付けられる。
【００４０】
凸部２４をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６は、凹部火炎処理手段により火炎処理される。図６は、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６における火炎処理を示す模式図である。凹部火炎処理手段には、上述したように、一般的に、火炎処理で用いられるガスバーナ火炎処理装置３６を使用することができる。また、ガスバーナ火炎処理装置３６は、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部２４に伝わる熱量を低減して凹部２６を選択的に火炎処理することができる。これにより、凸部２４をマスキングしない場合においても、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４に伝わる熱量を低減することにより、凸部２４への火炎処理の影響を抑えて凹部２６を火炎処理することができる。勿論、ガスバーナ火炎処理装置３６は、凸部２４をマスキングする場合においても、凸部２４に伝わる熱量を低減して凹部２６を選択的に火炎処理してもよい。
【００４１】
ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルは、燃料電池用セパレータ予備成形体４０に対して所定の角度となるように傾けることができる。ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルを所定の角度に傾けることにより、凹部２６の底面だけでなく凹部２６の側面についても火炎処理することができる。そして、ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルから噴射された火炎は、マスキング材４２の開口３７を通って、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６と接触する。ガスバーナ火炎処理装置３６は、１本のノズルだけでなく複数本のノズルを用いることができる。
【００４２】
凹部２６における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルを、凹部２６における側面に沿って移動させることにより凹部２６を処理することができる。そして、凹部２６における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルを、順次、平行移動させることにより全ての凹部２６を火炎処理して終了する。
【００４３】
凹部２６における火炎処理条件は、火炎処理により樹脂を炭化して、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６表面に形成された樹脂リッチ層を除去できる処理条件で処理される。凹部２６における火炎処理条件は、燃料電池用セパレータ予備成形体の表面温度が略５００℃以上略１０００℃以下、処理時間が略１秒間以上略５秒間以下とすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、このような火炎処理条件に限定されることはない。そして、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６の火炎処理が終了した後、マスキング材４２が取り外される。
【００４４】
このように、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６を火炎処理することにより、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６表面に形成された樹脂リッチ層が除去される。そして、凹部２６の樹脂リッチ層が除去されることにより、ガス流路溝部の親水性を、焼成カーボンを機械加工して製造された燃料電池用セパレータの親水性と略同等にすることができる。
【００４５】
ぬれ張力測定工程（Ｓ１６）は、凸部と凹部とが火炎処理された燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６をぬれ張力測定して、凹部２６の親水性を評価する工程である。ぬれ張力測定は、ＪＩＳ Ｋ６７６８におけるシートぬれ張力試験法により行うことができる。図７は、火炎処理された燃料電池用セパレータのシートぬれ張力試験方法を示す図である。ぬれ張力測定は、エチレングリコールモノエチルエーテルと、ホルムアルデヒドと、メタノールと、純水とを所定の割合で混合した混合試薬５０を綿棒５２等に浸み込ませた後、混合試薬５０を浸み込ませた綿棒５２を凹部２６に塗布して測定する。そして、凹部２６の親水性は、焼成カーボンを機械加工して製造された燃料電池用セパレータと略同等の親水性レベル７０以上であることが確認される。
【００４６】
表面抵抗測定工程（Ｓ１８）は、凸部と凹部とが火炎処理された燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４におけるガス流路突出部の表面抵抗を測定して導電性を評価する工程である。表面抵抗の測定は、一般的な、表面抵抗測定方法により行うことができる。そして、凸部２４の表面抵抗は、火炎処理前の５０ｍΩ・ｃｍ以上５００ｍΩ・ｃｍ以下に対して１０ｍΩ・ｃｍ以下であることが確認される。
【００４７】
以上により燃料電池用セパレータの製造が完了する。なお、上記構成における燃料電池用セパレータの製造方法では、凸部火炎処理工程（Ｓ１２）を行った後に、凹部火炎処理工程（Ｓ１４）を行って燃料電池用セパレータを製造する方法について説明したが、勿論、凹部火炎処理工程（Ｓ１４）を行った後に、凸部火炎処理工程（Ｓ１２）を行って燃料電池用セパレータを製造することもできる。
【００４８】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部と凹部との火炎処理を分けることにより、ガスバーナ火炎処理装置のノズルから燃料電池用セパレータ予備成形体の表面までの距離または角度等を略同じとすることができ、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部と凹部との火炎処理におけるムラ、ばらつきを抑制し、より均一に火炎処理することができる。また、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理することにより、凸部への火炎処理の影響を抑えて凹部を火炎処理することができる。
【００４９】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、マスキングして火炎処理するので、凸部を火炎処理するときは凹部への影響を抑制し、凹部を火炎処理するときは凸部への影響を抑制して火炎処理される。そのため、凸部と凹部とが、より均一に火炎処理された燃料電池用セパレータを製造することができる。
【００５０】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、火炎処理により凸部の樹脂リッチ層が除去されるので燃料電池用セパレータにおけるガス流路突出部の表面抵抗をより低減することができ、燃料電池用セパレータと膜電極接合体との導電性を更に高めることができる。そして、燃料電池用セパレータと膜電極接合体との接触抵抗をより小さくし、抵抗損失を少なくすることで燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００５１】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、火炎処理により凹部の樹脂リッチ層が除去されるので燃料電池用セパレータにおけるガス流路溝部の親水性を更に高めることができる。そのため、燃料電池の高出力時においてもフラッデングを抑制することができる。
【００５２】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、燃料電池用セパレータの外周であるシール部にシール剤を塗布する場合や絶縁シートを貼り付ける場合においても、火炎処理により燃料電池用セパレータのシール部に親水性を付与することでシール剤または絶縁シートの付着性を、更に、高めることができる。
【００５３】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、樹脂リッチ層を火炎処理により除去することにより、高価な機械加工により除去するよりも燃料電池用セパレータの製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明における実施の形態である燃料電池用セパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明における実施の形態である予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を示す図である。
【図３】本発明における実施の形態である凹部をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体を示す図である。
【図４】本発明における実施の形態である燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部における火炎処理を示す模式図である。
【図５】本発明における実施の形態である凸部をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体を示す図である。
【図６】本発明における実施の形態である燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における火炎処理を示す模式図である。
【図７】本発明における実施の形態である火炎処理された燃料電池用セパレータのシートぬれ張力試験方法を示す図である。
【図８】燃料電池に使用される単セルの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 燃料電池用セパレータ予備成形体、１２ 酸化ガスマニホールド入口、１４ 酸化ガスマニホールド出口、１６ 燃料ガスマニホールド入口、１８ 燃料ガスマニホールド出口、２０ 冷却液マニホールド入口、２２ 冷却液マニホールド出口、２４ 凸部、２６ 凹部、２８ シール部、３２,４２ マスキング材、３４,３６ ガスバーナ火炎処理装置、５０ 混合試薬、５２ 綿棒、６０ 単セル、６２ 電解質膜、６４ 触媒層、６６ ガス拡散層、６８ 膜電極接合体、７０ 燃料電池用セパレータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置に係り、特に、導電性材料を含む樹脂で凹凸状に予備成形される燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に空気中の酸素を化学反応させて、電気エネルギをつくりだしている。そして、水素と酸素とが化学反応した結果として、水が生成される。燃料電池の種類は、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。固体高分子型の燃料電池に用いられる単セルは、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層と、セパレータとを含んで構成される。このうち電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを一体化したものは、一般的に、膜電極接合体(Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ)と呼ばれている。
【０００３】
図８は、燃料電池に使用される単セル６０の構成を示す模式図である。燃料電池に使用される単セル６０は、図８に示すように、電解質膜６２の両側にそれぞれ触媒層６４が積層され、各々の触媒層６４にガス拡散層６６が積層されて構成される膜電極接合体６８に、更に、燃料電池用セパレータ７０が積層されることにより構成される。
【０００４】
燃料電池用セパレータは、チタンやステンレス等の金属材料または焼成カーボン材料等を機械加工等することにより製造される。また、燃料電池用セパレータは、導電性材料、例えば、カーボン材料を含む樹脂を射出成形等で成形することにより製造される。そして、燃料電池用セパレータの表面には、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ：ＬＬＣ）の流路が形成されている。
【０００５】
燃料電池用セパレータは、生成した水を効率的に排水し、フラッデング(Ｆｌｏｏｄｉｎｇ)を抑制するために親水性機能を有している。そして、燃料電池用セパレータの親水性は、例えば、導電性材料を含む樹脂を用いて予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を火炎処理することにより、燃料電池用セパレータに付与される。
【０００６】
特許文献１には、黒鉛粉と樹脂からなる材料を成形又は機械加工をして得られる燃料電池用セパレータ材の表面を、バーナからの火炎と接触させて５００〜１２００℃の火炎温度で、０．５〜３０ｓｅｃの処理時間でフレーム処理することにより親水性が付与された燃料電池用セパレータ等が示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１３３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体をガスバーナ等で火炎処理する場合には、例えば、燃料電池用セパレータ予備成形体に対して略垂直にガスバーナのノズルを配置して、燃料電池用セパレータ予備成形体を火炎処理する。このような方法により燃料電池用セパレータ予備成形体を火炎処理する場合には、燃料電池用セパレータ予備成形体が凹凸状であるため、火炎処理されて製造された燃料電池用セパレータにばらつきが生じる場合がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、より均一に火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理工程を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法において、凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法において、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理工程を有し、凸部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る燃料電池用セパレータは、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータであって、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理して製造されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凹部における側面に沿って火炎処理して製造されることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る燃料電池用セパレータは、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を、凹部をマスキングして火炎処理し、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凸部をマスキングして火炎処理して製造されることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置は、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造装置であって、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理手段を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置は、凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理することが好ましい。
【００１８】
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造装置は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理手段を有し、凸部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、より均一に火炎処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、燃料電池用セパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【００２１】
燃料電池用セパレータ予備成形工程（Ｓ１０）は、導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に燃料電池用セパレータ予備成形体を予備成形する工程である。
【００２２】
樹脂は、燃料電池用セパレータ予備成形体を所定の形状に予備成形するために用いられる。樹脂には、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられる。これらの樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、液晶性ポリマ（ＬＣＰ）等を使用することができる。勿論、樹脂は、これらの熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に限定されることはない。また、これらの樹脂には、樹脂を溶かすための溶剤や樹脂を硬化させるための硬化剤等を添加することができる。
【００２３】
導電性材料は、導電性を付与するために樹脂に添加される。導電性材料には、炭素材料や黒鉛材料等を用いることができる。そして、これらの材料には、例えば、カーボンブラックや黒鉛粉末等が用いられる。カーボンブラックには、ケッチェンブラック（ライオン社製）やデンカブラック（電気化学工業社製）等を用いることができる。また、炭素材料には、カーボンファイバまたはカーボンナノチューブ等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、導電性材料として、金またはニッケル等の金属粉末等を用いてもよく、これらの材料に限定されることはない。
【００２４】
燃料電池用セパレータ予備成形体は、導電性材料を含む樹脂を射出成形して予備成形されることが好ましい。射出成形は、複雑形状の樹脂成形品についても成形可能であり、生産性が高い成形方法であるからである。勿論、他の条件次第では、燃料電池用セパレータ予備成形体は、圧縮成形等により成形することができる。
【００２５】
燃料電池用セパレータ予備成形体は、樹脂と導電性材料とを所定の割合で混合機により混合した導電性材料を含む樹脂を、所定の形状を有する金型に射出することにより予備成形される。ここで、金型は、予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体が凹凸状となるような形状に機械加工されて製造される。燃料電池用セパレータ予備成形体を凹凸状とするのは、燃料ガス、酸化ガスまたは冷却液等の流路を形成するためである。そして、金型の中で導電性材料を含む樹脂を固化または硬化させた後、脱型することにより燃料電池用セパレータ予備成形体が予備成形される。
【００２６】
そして、燃料電池用セパレータ予備成形体の表面には、その内部よりも樹脂比率が高い樹脂リッチ層が略４０μｍ〜略５０μｍ形成される。これは、燃料電池用セパレータ予備成形体の予備成形時において、樹脂の流動性が導電性材料、特に、カーボン材料の流動性よりも高いために、燃料電池用セパレータ予備成形体の表面に樹脂が流れやすいからである。
【００２７】
図２は、予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体１０を示す図である。燃料電池用セパレータ予備成形体１０は、酸化ガスマニホールド入口１２と、酸化ガスマニホールド出口１４と、燃料ガスマニホールド入口１６と、燃料ガスマニホールド出口１８と、冷却液マニホールド入口２０と、冷却液マニホールド出口２２と、ガス流路突出部である凸部２４と、ガス流路溝である凹部２６と、シール部２８とを有している。
【００２８】
凸部火炎処理工程（Ｓ１２）は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４を火炎処理する工程である。燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４を火炎処理するのは、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４表面に形成された樹脂リッチ層を、火炎処理により樹脂を炭化させて除去するためである。
【００２９】
凸部火炎処理工程（Ｓ１２）は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凹部２６をマスキングして凸部２４を火炎処理することが好ましい。このように、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凹部２６をマスキング材でマスキングすることにより、凹部２６への火炎処理の影響を抑えて凸部２４を火炎処理することができる。
【００３０】
図３は、凹部２６をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体３０を示す図である。燃料電池用セパレータ予備成形体３０は、図３に示すように、凹部２６だけでなく酸化ガスマニホールド入口１２等についてもマスキング材３２によりマスキングされる。ここで、マスキング材３２の材料には、耐熱性を有する炭素材料、黒鉛材料またはセラミックスを用いることができる。勿論、他の条件次第では、高融点金属材料等を用いることができ、これらの材料に限定されることはない。マスキング材３２は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４に対応する部分が開口となるように機械加工等して製造される。
【００３１】
マスキング材３２は、燃料電池用セパレータ予備成形体１０に、マスキング材３２の開口と燃料電池用セパレータ予備成形体１０の凸部２４とが合うようにして取り付けられる。また、マスキング材３２は、火炎処理中のズレを抑えるために、支持部材等により支持されて取り付けられてもよい。勿論、他の条件次第では、マスキング材３２と燃料電池用セパレータ予備成形体１０とを接着等により仮止めすることもできる。
【００３２】
凹部２６をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４は、凸部火炎処理手段により火炎処理される。図４は、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４における火炎処理を示す模式図である。凸部火炎処理手段には、一般的に、火炎処理で用いられるガスバーナ火炎処理装置３４を使用することができる。
【００３３】
ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルは、燃料電池用セパレータ予備成形体３０に対して略垂直となるようにして配置される。そして、ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルから噴射された火炎は、マスキング材３２の開口３５を通って、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４と接触する。ガスバーナ火炎処理装置３４は、１本のノズルだけでなく複数本のノズルを用いることができる。凸部２４における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルを、例えば、凸部２４に沿って移動させることにより処理することができる。そして、凸部２４における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３４のノズルを、順次、平行移動させることにより全ての凸部２４を火炎処理して終了する。また、シール部２８についても凸部２４と同様に火炎処理される。
【００３４】
凸部２４における火炎処理条件は、火炎処理により樹脂を炭化して、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４表面に形成された樹脂リッチ層を除去できる処理条件で処理される。凸部２４における火炎処理条件は、表面温度が略５００℃以上略１０００℃以下、処理時間が略１秒間以上略５秒間以下とすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、このような火炎処理条件に限定されることはない。そして、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４とシール部２８とにおける火炎処理が終了した後、マスキング材３２が取り外される。
【００３５】
このように、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４を火炎処理することにより、燃料電池用セパレータ予備成形体３０の凸部２４表面に形成された樹脂リッチ層が除去される。そして、凸部２４の樹脂リッチ層が除去されることにより、膜電極接合体と接触するガス流路突出部の表面抵抗を１０ｍΩ・ｃｍ以下にすることができる。
【００３６】
凹部火炎処理工程（Ｓ１４）は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６を火炎処理する工程である。燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６を火炎処理するのは、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６表面に形成された樹脂リッチ層を、火炎処理により樹脂を炭化させて除去するためである。凹部火炎処理工程（Ｓ１４）は、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部２４に伝わる熱量を低減して凹部２６を選択的に火炎処理することができる。このように、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４に伝わる熱量を低減することにより、凸部２４への火炎処理の影響を抑えて凹部２６が火炎処理される。
【００３７】
凹部火炎処理工程（Ｓ１４）は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４をマスキングして凹部２６を火炎処理することが好ましい。このように、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４をマスキング材によりマスキングすることにより、凸部２４への火炎処理の影響を抑えて凹部２６を火炎処理することができる。
【００３８】
図５は、凸部２４をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体４０を示す図である。燃料電池用セパレータ予備成形体４０は、凸部２４を火炎処理した燃料電池用セパレータ予備成形体４１にマスキング材４２でマスキングしたものである。そして、燃料電池用セパレータ予備成形体４０は、図５に示すように、凸部２４だけでなく、シール部２８や酸化ガスマニホールド入口１２等についてもマスキング材４２でマスキングされる。
【００３９】
マスキング材４２には、上述した耐熱性を有する炭素材料等を用いることができる。そして、マスキング材４２は、燃料電池用セパレータ予備成形体４１の凹部２６に対応する部分が開口となるようにして機械加工等して製造される。マスキング材４２は、凸部２４が火炎処理された燃料電池用セパレータ予備成形体４１に、マスキング材４２の開口と燃料電池用セパレータ予備成形体４１の凹部２６とが合うようにして、上述したような方法により取り付けられる。
【００４０】
凸部２４をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６は、凹部火炎処理手段により火炎処理される。図６は、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６における火炎処理を示す模式図である。凹部火炎処理手段には、上述したように、一般的に、火炎処理で用いられるガスバーナ火炎処理装置３６を使用することができる。また、ガスバーナ火炎処理装置３６は、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部２４に伝わる熱量を低減して凹部２６を選択的に火炎処理することができる。これにより、凸部２４をマスキングしない場合においても、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４に伝わる熱量を低減することにより、凸部２４への火炎処理の影響を抑えて凹部２６を火炎処理することができる。勿論、ガスバーナ火炎処理装置３６は、凸部２４をマスキングする場合においても、凸部２４に伝わる熱量を低減して凹部２６を選択的に火炎処理してもよい。
【００４１】
ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルは、燃料電池用セパレータ予備成形体４０に対して所定の角度となるように傾けることができる。ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルを所定の角度に傾けることにより、凹部２６の底面だけでなく凹部２６の側面についても火炎処理することができる。そして、ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルから噴射された火炎は、マスキング材４２の開口３７を通って、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６と接触する。ガスバーナ火炎処理装置３６は、１本のノズルだけでなく複数本のノズルを用いることができる。
【００４２】
凹部２６における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルを、凹部２６における側面に沿って移動させることにより凹部２６を処理することができる。そして、凹部２６における火炎処理は、ガスバーナ火炎処理装置３６のノズルを、順次、平行移動させることにより全ての凹部２６を火炎処理して終了する。
【００４３】
凹部２６における火炎処理条件は、火炎処理により樹脂を炭化して、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６表面に形成された樹脂リッチ層を除去できる処理条件で処理される。凹部２６における火炎処理条件は、燃料電池用セパレータ予備成形体の表面温度が略５００℃以上略１０００℃以下、処理時間が略１秒間以上略５秒間以下とすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、このような火炎処理条件に限定されることはない。そして、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６の火炎処理が終了した後、マスキング材４２が取り外される。
【００４４】
このように、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６を火炎処理することにより、燃料電池用セパレータ予備成形体４０の凹部２６表面に形成された樹脂リッチ層が除去される。そして、凹部２６の樹脂リッチ層が除去されることにより、ガス流路溝部の親水性を、焼成カーボンを機械加工して製造された燃料電池用セパレータの親水性と略同等にすることができる。
【００４５】
ぬれ張力測定工程（Ｓ１６）は、凸部と凹部とが火炎処理された燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部２６をぬれ張力測定して、凹部２６の親水性を評価する工程である。ぬれ張力測定は、ＪＩＳ Ｋ６７６８におけるシートぬれ張力試験法により行うことができる。図７は、火炎処理された燃料電池用セパレータのシートぬれ張力試験方法を示す図である。ぬれ張力測定は、エチレングリコールモノエチルエーテルと、ホルムアルデヒドと、メタノールと、純水とを所定の割合で混合した混合試薬５０を綿棒５２等に浸み込ませた後、混合試薬５０を浸み込ませた綿棒５２を凹部２６に塗布して測定する。そして、凹部２６の親水性は、焼成カーボンを機械加工して製造された燃料電池用セパレータと略同等の親水性レベル７０以上であることが確認される。
【００４６】
表面抵抗測定工程（Ｓ１８）は、凸部と凹部とが火炎処理された燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部２４におけるガス流路突出部の表面抵抗を測定して導電性を評価する工程である。表面抵抗の測定は、一般的な、表面抵抗測定方法により行うことができる。そして、凸部２４の表面抵抗は、火炎処理前の５０ｍΩ・ｃｍ以上５００ｍΩ・ｃｍ以下に対して１０ｍΩ・ｃｍ以下であることが確認される。
【００４７】
以上により燃料電池用セパレータの製造が完了する。なお、上記構成における燃料電池用セパレータの製造方法では、凸部火炎処理工程（Ｓ１２）を行った後に、凹部火炎処理工程（Ｓ１４）を行って燃料電池用セパレータを製造する方法について説明したが、勿論、凹部火炎処理工程（Ｓ１４）を行った後に、凸部火炎処理工程（Ｓ１２）を行って燃料電池用セパレータを製造することもできる。
【００４８】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部と凹部との火炎処理を分けることにより、ガスバーナ火炎処理装置のノズルから燃料電池用セパレータ予備成形体の表面までの距離または角度等を略同じとすることができ、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部と凹部との火炎処理におけるムラ、ばらつきを抑制し、より均一に火炎処理することができる。また、燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理することにより、凸部への火炎処理の影響を抑えて凹部を火炎処理することができる。
【００４９】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、マスキングして火炎処理するので、凸部を火炎処理するときは凹部への影響を抑制し、凹部を火炎処理するときは凸部への影響を抑制して火炎処理される。そのため、凸部と凹部とが、より均一に火炎処理された燃料電池用セパレータを製造することができる。
【００５０】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、火炎処理により凸部の樹脂リッチ層が除去されるので燃料電池用セパレータにおけるガス流路突出部の表面抵抗をより低減することができ、燃料電池用セパレータと膜電極接合体との導電性を更に高めることができる。そして、燃料電池用セパレータと膜電極接合体との接触抵抗をより小さくし、抵抗損失を少なくすることで燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００５１】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、火炎処理により凹部の樹脂リッチ層が除去されるので燃料電池用セパレータにおけるガス流路溝部の親水性を更に高めることができる。そのため、燃料電池の高出力時においてもフラッデングを抑制することができる。
【００５２】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、燃料電池用セパレータの外周であるシール部にシール剤を塗布する場合や絶縁シートを貼り付ける場合においても、火炎処理により燃料電池用セパレータのシール部に親水性を付与することでシール剤または絶縁シートの付着性を、更に、高めることができる。
【００５３】
上記構成の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造装置によれば、樹脂リッチ層を火炎処理により除去することにより、高価な機械加工により除去するよりも燃料電池用セパレータの製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明における実施の形態である燃料電池用セパレータの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明における実施の形態である予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を示す図である。
【図３】本発明における実施の形態である凹部をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体を示す図である。
【図４】本発明における実施の形態である燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部における火炎処理を示す模式図である。
【図５】本発明における実施の形態である凸部をマスキングした燃料電池用セパレータ予備成形体を示す図である。
【図６】本発明における実施の形態である燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における火炎処理を示す模式図である。
【図７】本発明における実施の形態である火炎処理された燃料電池用セパレータのシートぬれ張力試験方法を示す図である。
【図８】燃料電池に使用される単セルの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 燃料電池用セパレータ予備成形体、１２ 酸化ガスマニホールド入口、１４ 酸化ガスマニホールド出口、１６ 燃料ガスマニホールド入口、１８ 燃料ガスマニホールド出口、２０ 冷却液マニホールド入口、２２ 冷却液マニホールド出口、２４ 凸部、２６ 凹部、２８ シール部、３２,４２ マスキング材、３４,３６ ガスバーナ火炎処理装置、５０ 混合試薬、５２ 綿棒、６０ 単セル、６２ 電解質膜、６４ 触媒層、６６ ガス拡散層、６８ 膜電極接合体、７０ 燃料電池用セパレータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理工程を有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２】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、
凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理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３】
請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理工程を有し、
凸部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、
凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理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４】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータであって、
燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理して製造されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池用セパレータであって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凹部における側面に沿って火炎処理して製造されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の燃料電池用セパレータであって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を、凹部をマスキングして火炎処理し、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凸部をマスキングして火炎処理して製造されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造装置であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理手段を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池用セパレータの製造装置であって、
凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理手段を有し、
凸部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、
凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造方法であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理工程を有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２】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、
凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理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３】
請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理工程を有し、
凸部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、
凹部火炎処理工程は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理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４】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータであって、
燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理して製造されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池用セパレータであって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凹部における側面に沿って火炎処理して製造されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の燃料電池用セパレータであって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を、凹部をマスキングして火炎処理し、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部を、凸部をマスキングして火炎処理して製造されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
導電性材料を含む樹脂を用いて凹凸状に予備成形された燃料電池用セパレータ予備成形体を、火炎処理して製造される燃料電池用セパレータの製造装置であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体に対し、凸部に伝わる熱量を低減して凹部を選択的に火炎処理する凹部火炎処理手段を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池用セパレータの製造装置であって、
凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部における側面に沿って凹部を火炎処理することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置であって、
燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部を火炎処理する凸部火炎処理手段を有し、
凸部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凹部をマスキングして火炎処理し、
凹部火炎処理手段は、燃料電池用セパレータ予備成形体の凸部をマスキングして火炎処理することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２４２３１５（Ｐ２００７−２４２３１５Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６０５７７（Ｐ２００６−６０５７７）
【出願日】平成１８年３月７日（２００６．３．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月７日（２００６．３．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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