JP2005219358A - 燃料電池用セパレータの製造方法と製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 キャビティへ粉末材料を投入する際の充填ムラを抑制できる燃料電池用セパレータの製造方法と製造装置の提供。
【解決手段】(1)粉箱2内で粉末材料1を流動させながら粉箱下端に設けたスリット6を通して粉末材料1を金型キャビティ4へ投入する燃料電池用セパレータの製造方法と装置。
(2)プレス成形のプレス方向が水平方向であり、粉末材料1の投入工程では鉛直下方に金型3内へ粉末材料1を投入する燃料電池用セパレータの製造方法。
(3)材料投入時に金型3を振動させる振動手段11をさらに備えている燃料電池のセパレータの製造方法と装置。
【選択図】 図2
【解決手段】(1)粉箱2内で粉末材料1を流動させながら粉箱下端に設けたスリット6を通して粉末材料1を金型キャビティ4へ投入する燃料電池用セパレータの製造方法と装置。
(2)プレス成形のプレス方向が水平方向であり、粉末材料1の投入工程では鉛直下方に金型3内へ粉末材料1を投入する燃料電池用セパレータの製造方法。
(3)材料投入時に金型3を振動させる振動手段11をさらに備えている燃料電池のセパレータの製造方法と装置。
【選択図】 図2
Description
本発明は燃料電池用セパレータの製造方法とその方法の実施に直接使用する燃料電池用セパレータの製造装置に関する。
燃料電池は膜−電極アッセンブリ(MEA)をセパレータで挟んだものから構成される。燃料電池用セパレータは、ガス、冷却水不透過性で、導電性を有する薄板セパレータである。
カーボンセパレータからなる燃料電池用セパレータを製造する場合、従来は、特開2003−223901号公報に開示されているように、成形用型のキャビティを水平状態にして該キャビティに粉箱から粉末材料(表面に樹脂層をもつ黒鉛粉末、または黒鉛粉末と樹脂粉末の混合)を投入し粉箱下端でキャビティ内粉末材料の上面を摺り切り、ついでキャビティ内粉末材料を型でプレスしてセパレータを成形する。
カーボンセパレータからなる燃料電池用セパレータを製造する場合、従来は、特開2003−223901号公報に開示されているように、成形用型のキャビティを水平状態にして該キャビティに粉箱から粉末材料(表面に樹脂層をもつ黒鉛粉末、または黒鉛粉末と樹脂粉末の混合)を投入し粉箱下端でキャビティ内粉末材料の上面を摺り切り、ついでキャビティ内粉末材料を型でプレスしてセパレータを成形する。
しかし、製品セパレータが薄く、大面積であり、それにつれて、キャビティが薄く大面積であるため、かつ、従来方法では、粉箱が下端の全面積で開口していて、成形型キャビティに投入された粉末材料に粉箱内の材料の重みがかかるため、粉箱をキャビティ上で摺り切りのため移動させる時にキャビティに投入済の材料の上面が荒れ、キャビティに投入済の材料の厚さ、投入量にムラが生じるという問題が生じる。キャビティに充填された粉末材料にムラがあると、製品後のセパレータの密度不良が生じ、ガス、水の透過、漏れなどが生じる恐れがある。
特開2003−223901号公報
本発明が解決しようとする課題は、薄く、大面積の燃料電池用セパレータでは、キャビティへ粉末材料を投入する際に充填ムラができるという問題である。
本発明の目的は、キャビティへ粉末材料を投入する際の充填ムラを抑制できる燃料電池用セパレータの製造方法と製造装置を提供することである。
本発明の目的は、キャビティへ粉末材料を投入する際の充填ムラを抑制できる燃料電池用セパレータの製造方法と製造装置を提供することである。
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
(1) 粉箱から金型のキャビティへ粉末材料を投入する工程と、キャビティに投入された粉末材料を前記金型でプレス成形する工程を有する燃料電池のセパレータ用製造方法であって、
粉箱内で粉末材料を流動させながら粉箱に設けたスリットを通して粉末材料を金型キャビティへ投入する燃料電池用セパレータの製造方法。
(2) 粉箱から金型のキャビティへ粉末材料を投入する工程と、キャビティに投入された粉末材料を前記金型でプレス成形する工程を有する燃料電池のセパレータの製造方法であって、
前記粉末材料の投入工程では、プレス成形のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料を投入する燃料電池用セパレータの製造方法。
(3) プレス成形のプレス方向が水平方向であり、前記粉末材料の投入工程では鉛直下方に金型内へ粉末材料を投入する(2)記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(4) 材料投入時には前記金型を振動させる(1)〜(3)の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(5) 粉箱と、粉箱からの粉末材料が投入されるキャビティをもつ金型とを備えた燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記粉箱は、粉箱内で粉末材料を流動させる流動装置と、金型キャビティに投入される粉末材料を通過させるスリットを、有する燃料電池用セパレータの製造装置。
(6) 粉箱と、粉箱からの粉末材料が投入されるキャビティをもつ金型とを備えた燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記金型は、粉末材料の投入工程では、プレス工程のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料が投入される姿勢をとる燃料電池用セパレータの製造装置。
(7) プレス成形のプレス方向が水平方向であり、前記粉末材料の投入工程では前記金型のキャビティが鉛直方向に向けられる(6)記載の燃料電池のセパレータの製造装置。
(8) 材料投入時に前記金型を振動させる振動手段をさらに備えている(5)〜(7)の何れかに記載の燃料電池のセパレータの製造装置。
(1) 粉箱から金型のキャビティへ粉末材料を投入する工程と、キャビティに投入された粉末材料を前記金型でプレス成形する工程を有する燃料電池のセパレータ用製造方法であって、
粉箱内で粉末材料を流動させながら粉箱に設けたスリットを通して粉末材料を金型キャビティへ投入する燃料電池用セパレータの製造方法。
(2) 粉箱から金型のキャビティへ粉末材料を投入する工程と、キャビティに投入された粉末材料を前記金型でプレス成形する工程を有する燃料電池のセパレータの製造方法であって、
前記粉末材料の投入工程では、プレス成形のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料を投入する燃料電池用セパレータの製造方法。
(3) プレス成形のプレス方向が水平方向であり、前記粉末材料の投入工程では鉛直下方に金型内へ粉末材料を投入する(2)記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(4) 材料投入時には前記金型を振動させる(1)〜(3)の何れかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(5) 粉箱と、粉箱からの粉末材料が投入されるキャビティをもつ金型とを備えた燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記粉箱は、粉箱内で粉末材料を流動させる流動装置と、金型キャビティに投入される粉末材料を通過させるスリットを、有する燃料電池用セパレータの製造装置。
(6) 粉箱と、粉箱からの粉末材料が投入されるキャビティをもつ金型とを備えた燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記金型は、粉末材料の投入工程では、プレス工程のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料が投入される姿勢をとる燃料電池用セパレータの製造装置。
(7) プレス成形のプレス方向が水平方向であり、前記粉末材料の投入工程では前記金型のキャビティが鉛直方向に向けられる(6)記載の燃料電池のセパレータの製造装置。
(8) 材料投入時に前記金型を振動させる振動手段をさらに備えている(5)〜(7)の何れかに記載の燃料電池のセパレータの製造装置。
上記(1)の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、粉箱内で粉末材料を流動させながら粉箱のスリットを通して粉末材料を金型キャビティへ投入するようにしたので、粉箱内の粉末材料の重みがキャビティ内の粉末材料にほとんどかからず、キャビティ内の粉末材料が粉箱内の粉末材料の重みの影響をほとんど受けず、キャビティ内の粉末材料の上面が荒れず、キャビティに投入済の粉末材料の厚さ、投入量にムラが生じない。
上記(2)の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、粉末材料の投入工程で、プレス成形のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料を投入するので、プレス方向が水平方向の場合、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、あるいはプレス方向がどの方向であろうと、粉末材料をキャビティに投入するに際し吸引力を利用でき、重力や吸引を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(2)の方法は上記(1)の、投入口を流動床とする方法と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(3)の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、プレス方向が水平方向であり、粉末材料の投入工程で鉛直下方に金型内へ粉末材料を投入するので、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、重力を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(3)の方法は上記(1)の、投入口を流動床とする方法と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(4)の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、金型を振動させるので、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる他、キャビティに充填された粉末材料の密度を高めることができる。なお、(4)の方法は上記(1)の、投入口を流動床とする方法と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(5)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、粉箱は、粉箱内で粉末材料を流動させる流動装置と、金型キャビティに投入される粉末材料を通過させるスリットを、有するので、粉箱内の粉末材料の重みがキャビティ内の粉末材料にほとんどかからず、キャビティ内の粉末材料が粉箱内の粉末材料の重みの影響をほとんど受けず、キャビティ内の粉末材料の上面が荒れず、キャビティに投入済の粉末材料の厚さ、投入量にムラが生じない。
上記(6)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、金型は、粉末材料の投入工程では、プレス工程のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料が投入される姿勢をとるので、プレス方向が水平方向の場合、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、あるいはプレス方向がどの方向であろうと、粉末材料をキャビティに投入するに際し吸引力を利用でき、重力や吸引を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(6)の装置は上記(5)の、流動床からなる投入口を有する装置と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(7)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、プレス方向が水平方向であり、粉末材料の投入工程で金型のキャビティが鉛直方向に向けられるので、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、重力を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(7)の装置は上記(5)の、流動床からなる投入口を有する装置と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(8)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、金型の振動手段を有するので、材料投入時に金型を振動手段で振動させることにより、粉末材料のキャビティへの均一充填をはかることができる他、キャビティに充填された粉末材料の密度を高めることができる。なお、(8)の装置は上記(5)の、流動床からなる投入口を有する装置と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(2)の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、粉末材料の投入工程で、プレス成形のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料を投入するので、プレス方向が水平方向の場合、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、あるいはプレス方向がどの方向であろうと、粉末材料をキャビティに投入するに際し吸引力を利用でき、重力や吸引を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(2)の方法は上記(1)の、投入口を流動床とする方法と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(3)の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、プレス方向が水平方向であり、粉末材料の投入工程で鉛直下方に金型内へ粉末材料を投入するので、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、重力を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(3)の方法は上記(1)の、投入口を流動床とする方法と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(4)の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、金型を振動させるので、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる他、キャビティに充填された粉末材料の密度を高めることができる。なお、(4)の方法は上記(1)の、投入口を流動床とする方法と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(5)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、粉箱は、粉箱内で粉末材料を流動させる流動装置と、金型キャビティに投入される粉末材料を通過させるスリットを、有するので、粉箱内の粉末材料の重みがキャビティ内の粉末材料にほとんどかからず、キャビティ内の粉末材料が粉箱内の粉末材料の重みの影響をほとんど受けず、キャビティ内の粉末材料の上面が荒れず、キャビティに投入済の粉末材料の厚さ、投入量にムラが生じない。
上記(6)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、金型は、粉末材料の投入工程では、プレス工程のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料が投入される姿勢をとるので、プレス方向が水平方向の場合、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、あるいはプレス方向がどの方向であろうと、粉末材料をキャビティに投入するに際し吸引力を利用でき、重力や吸引を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(6)の装置は上記(5)の、流動床からなる投入口を有する装置と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(7)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、プレス方向が水平方向であり、粉末材料の投入工程で金型のキャビティが鉛直方向に向けられるので、粉末材料をキャビティに投入するに際し重力を利用でき、重力を利用することにより、粉末材料のキャビティへの均一充填に寄与できる。なお、(7)の装置は上記(5)の、流動床からなる投入口を有する装置と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
上記(8)の燃料電池用セパレータの製造装置によれば、金型の振動手段を有するので、材料投入時に金型を振動手段で振動させることにより、粉末材料のキャビティへの均一充填をはかることができる他、キャビティに充填された粉末材料の密度を高めることができる。なお、(8)の装置は上記(5)の、流動床からなる投入口を有する装置と合体してもよく、合体すると、更なる均一充填をはかることができる。
以下に、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法と製造装置を、図1〜図7を参照して説明する。図7は比較例(本発明には含まず)である。
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、図1に示すように、粉箱2内の粉末材料(表面に樹脂層をもつ黒鉛粉末、または黒鉛粉末と樹脂粉末の混合)1を金型(予備成形用金型)3のキャビティ4へ投入する工程101と、金型キャビティ4に投入された粉末材料を金型(予備成形用金型)3でプレスして(室温〜100℃程度でのプレス)セパレータ(予備成形体)5を予備成形する工程102を有する。燃料電池用セパレータの製造方法は、さらに、セパレータ(予備成形体)5を金型(予備成形用金型)3から取り外し別の金型(本成形用金型)に装填して熱圧(ホットプレス)して本成形する工程103と、本成形されたセパレータ(製品)を金型(本成形用金型)から取り外して製品を得る工程104とを有する。粉末材料1は造粒しておいてもよい。
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法では、粉末材料投入工程101において、粉箱2内で粉末材料1を流動させながら粉箱2に設けたスリット6を通して粉末材料1を金型キャビティ4へ投入する。スリット6は、望ましくは、粉箱2の下端に設けられる。
金型3は、互いに接近離反可能な一対の型3a、3b(たとえば、上下一対、または左右一対の型3a、3b)と、一対の型の一方の型3aの側方に設けられた側方型3cとを有し、これらの型3a、3b、3cで囲まれた空間から成形用キャビティ4が構成される。
金型キャビティ4は薄く(たとえば、セパレータ(予備成形体)5の厚さで約1〜2mm程度)、かつ大面積(セパレータ(予備成形体)5の面積で25cm×30cm程度)を有する。
金型キャビティ4を上面開放にした状態(一対の型3a、3bの一方を他方から後退させた状態)で、かつ、キャビティ4を水平にした状態で、粉箱2から粉末材料1を金型キャビティ4へ投入しながら、粉箱1を水平方向に送って粉箱1の下端部で金型キャビティ4の上面をすり切る。
金型3は、互いに接近離反可能な一対の型3a、3b(たとえば、上下一対、または左右一対の型3a、3b)と、一対の型の一方の型3aの側方に設けられた側方型3cとを有し、これらの型3a、3b、3cで囲まれた空間から成形用キャビティ4が構成される。
金型キャビティ4は薄く(たとえば、セパレータ(予備成形体)5の厚さで約1〜2mm程度)、かつ大面積(セパレータ(予備成形体)5の面積で25cm×30cm程度)を有する。
金型キャビティ4を上面開放にした状態(一対の型3a、3bの一方を他方から後退させた状態)で、かつ、キャビティ4を水平にした状態で、粉箱2から粉末材料1を金型キャビティ4へ投入しながら、粉箱1を水平方向に送って粉箱1の下端部で金型キャビティ4の上面をすり切る。
粉箱2は、粉箱2内で粉末材料1を流動させる。たとえば、粉箱2内に、粉箱下端部近傍に、ほぼ水平方向に延びる複数の小孔8をもつ管7を配置し、管に圧縮エアを送り、管7の小孔8からエアを噴出させて、粉箱2内の粉末材料1をバブリングさせ流動させるようにする。あるいは、粉箱2の壁を中空壁とし、中空壁の粉箱2内面側の壁に複数の小孔を形成しておき、中空壁に圧縮エアを送り、壁の小孔からエアを噴出させて、粉箱2内の粉末材料1をバブリングさせ流動させるようにする。
粉箱2内の粉末材料1はスリット6を通って金型キャビティ4へと投入される。スリット6は粉箱移動方向と直交する方向に、かつ水平方向に延び、キャビティ4を挟んで対向している一対の側方型3c部分間にわたって連続して延び、キャビティ4の全幅に粉末材料1を投入する。スリット6の幅(粉箱送り方向のスリット幅)は狭い(約10mm以下)。粉箱2は、スリット6の幅方向両端分から斜め上方に立ち上がり上に行くほど壁間間隔が拡がる一対の傾斜壁9、10を有している。傾斜壁9、10の下端は、水平に延びており、粉箱2が移動された時に側方型3cの上面に対して摺動し、キャビティ4内に投入された粉末材料1の上面をすり切る。
粉箱2は、傾斜面9、10の内面上を粉末材料1が円滑に滑り落ちるように、微小振動を与えられてもよい。ただし、振動が粉箱2に与えられなくてもよい。
粉箱2内の粉末材料1はスリット6を通って金型キャビティ4へと投入される。スリット6は粉箱移動方向と直交する方向に、かつ水平方向に延び、キャビティ4を挟んで対向している一対の側方型3c部分間にわたって連続して延び、キャビティ4の全幅に粉末材料1を投入する。スリット6の幅(粉箱送り方向のスリット幅)は狭い(約10mm以下)。粉箱2は、スリット6の幅方向両端分から斜め上方に立ち上がり上に行くほど壁間間隔が拡がる一対の傾斜壁9、10を有している。傾斜壁9、10の下端は、水平に延びており、粉箱2が移動された時に側方型3cの上面に対して摺動し、キャビティ4内に投入された粉末材料1の上面をすり切る。
粉箱2は、傾斜面9、10の内面上を粉末材料1が円滑に滑り落ちるように、微小振動を与えられてもよい。ただし、振動が粉箱2に与えられなくてもよい。
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法では、粉末材料の投入工程101で、図2〜図4に示すように、プレス成形のプレス方向と同じ方向から金型3内へ粉末材料1を投入するようにしてもよいし、あるいは図5、図6に示すように、プレス成形のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1を投入するようにする。
プレス成形のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1を投入する場合には、たとえば、金型3を横にして(図5のように、一対の型3a、3bを横方向において対向する)キャビティ4が上下方向に向いていて、予備成形工程102のプレス方向が水平方向である場合、粉末材料1の投入工程101では鉛直下方に金型3内へ粉末材料1を投入する。
この場合、粉末材料投入工程101でのみ、金型3を横にしてキャビティ4が上下方向に向くようにし、プレス成形時およびプレス成形後の製品取り出し時は金型3を縦にしてキャビティ4が水平方向に向くようにしてもよい。
図示例では、金型3はプレス機に組み込んだ金型であるが、金型3とプレス機とを別々とし、プレス機の外で金型3内に粉末材料1を投入し、粉末材料1をキャビティ4に充填した金型3をプレス機に搬入してプレスのみをプレス機で行うようにしてもよい。
また、金型キャビティ4への粉末材料1の投入時、隅々まで粉末材料1を充填できるように、型3内を吸引してもよい。粉末材料1の型3内への投入を、粉末材料1の自重による落下のみで行ってもよいし、あるいは、型3内を吸引してその吸引力のみで粉末材料1を型3内に充填してもよいし、あるいは、粉末材料1の自重による落下と吸引力との両方で粉末材料1を型3内に充填するようにしてもよい。
この場合、粉末材料投入工程101でのみ、金型3を横にしてキャビティ4が上下方向に向くようにし、プレス成形時およびプレス成形後の製品取り出し時は金型3を縦にしてキャビティ4が水平方向に向くようにしてもよい。
図示例では、金型3はプレス機に組み込んだ金型であるが、金型3とプレス機とを別々とし、プレス機の外で金型3内に粉末材料1を投入し、粉末材料1をキャビティ4に充填した金型3をプレス機に搬入してプレスのみをプレス機で行うようにしてもよい。
また、金型キャビティ4への粉末材料1の投入時、隅々まで粉末材料1を充填できるように、型3内を吸引してもよい。粉末材料1の型3内への投入を、粉末材料1の自重による落下のみで行ってもよいし、あるいは、型3内を吸引してその吸引力のみで粉末材料1を型3内に充填してもよいし、あるいは、粉末材料1の自重による落下と吸引力との両方で粉末材料1を型3内に充填するようにしてもよい。
材料投入時には金型3を振動させて、金型3内に投入された粉末材料1の密度を上げるとともに、密度の高いところから密度の低いところへ粉末材料1を移動させて金型3内に投入された粉末材料1の均一化をはかってもよい。
予備成形用金型3の型温は、室温〜100℃程度に維持し、材料中の樹脂の融点よりも低くしておく。
セパレータ(予備成形体)5に凹凸がある場合は、金型3の粉末材料1と接する面は部分的にゴム等で構成しておくのがよい。その場合、金型3の一部がゴムから構成されても、主体は金属であるため、「金型」と呼ぶことにする。
予備成形用金型3の型温は、室温〜100℃程度に維持し、材料中の樹脂の融点よりも低くしておく。
セパレータ(予備成形体)5に凹凸がある場合は、金型3の粉末材料1と接する面は部分的にゴム等で構成しておくのがよい。その場合、金型3の一部がゴムから構成されても、主体は金属であるため、「金型」と呼ぶことにする。
粉末材料1の投入工程101で粉末材料1を投入された金型3と、予備成形工程102で用いられる金型3は同じ金型である。
予備成形工程102の後で行われる本成形である熱圧プレス工程103の金型は、予備成形工程102で用いられる金型3で用いられる金型とは別の金型で、粉末材料の樹脂材の軟化点より高い温度をかけられる。熱圧プレス工程103の金型は、セパレータに反応ガス流路、冷却水流路を形成するための凹凸を有する。
予備成形工程102の後で行われる本成形である熱圧プレス工程103の金型は、予備成形工程102で用いられる金型3で用いられる金型とは別の金型で、粉末材料の樹脂材の軟化点より高い温度をかけられる。熱圧プレス工程103の金型は、セパレータに反応ガス流路、冷却水流路を形成するための凹凸を有する。
上記燃料電池用セパレータの製造方法の実施に直接使用する、本発明の燃料電池用セパレータの製造装置は、粉箱2と、粉箱2からの粉末材料1が投入されるキャビティ4をもつ金型(予備成形用金型)3とを備えている。
粉箱2は、粉箱2内で粉末材料1を流動させる流動装置と、金型キャビティ4に投入される粉末材料1を通過させるスリット6を、有する。流動装置は、たとえば、管7に小孔8をもち、圧縮空気を管7内から小孔8を通して噴出し、噴出した圧縮空気によって粉箱2内の粉末材料1を流動させる。スリット6は粉箱2の下端で水平に延び、金型3の対向側方型3c間にわたって連続して延び、粉箱2の移動方向には、狭い幅(たとえば、10mm以下)をもつ。
粉箱2は、粉箱2内で粉末材料1を流動させる流動装置と、金型キャビティ4に投入される粉末材料1を通過させるスリット6を、有する。流動装置は、たとえば、管7に小孔8をもち、圧縮空気を管7内から小孔8を通して噴出し、噴出した圧縮空気によって粉箱2内の粉末材料1を流動させる。スリット6は粉箱2の下端で水平に延び、金型3の対向側方型3c間にわたって連続して延び、粉箱2の移動方向には、狭い幅(たとえば、10mm以下)をもつ。
金型3は、セパレータの製造方法で説明したように、互いに接近離反可能な一対の型3a、3b(たとえば、上下一対、または左右一対の型3a、3b)と、一対の型の一方の型3aの側方に設けられた側方型3cとを有し、これらの型3a、3b、3cで囲まれた空間から成形用キャビティ4が構成される。図2では、型3が開放しており、下型3bとそれを側方から囲む側方型3cとでキャビティ4が構成され、キャビティ4に粉末材料1を充填後、予備成形工程102で上型3aが下降してキャビティ4内の粉末材料1をプレス成形し、セパレータ(予備成形体)5とする。セパレータ(予備成形体)5は型3から取り外されても、セパレータ(予備成形体)5の形状を維持し、粉末がばらばらになることはない。
金型3は、粉末材料1の投入工程101で、図2〜図4に示すように、プレス工程102のプレス方向と同じ方向から金型3内へ粉末材料1が投入される姿勢をとってもよいし、あるいは、粉末材料1の投入工程101で、図5、図6に示すように、プレス工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1が投入される姿勢をとってもよい。
粉末材料1の投入工程101で、プレス工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1が投入される姿勢をとる場合、たとえば、プレス成形工程102でのプレス方向が水平方向であると、粉末材料1の投入工程101では金型3のキャビティ4が鉛直方向に向けられる。
本発明の燃料電池用セパレータの製造装置は、粉末材料投入時に、金型3を振動させる振動手段11をさらに備えていることが望ましい。また、粉箱2にも振動手段を設けて粉箱2も振動させるようにしてもよい。
粉末材料1の投入工程101で、プレス工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1が投入される姿勢をとる場合、たとえば、プレス成形工程102でのプレス方向が水平方向であると、粉末材料1の投入工程101では金型3のキャビティ4が鉛直方向に向けられる。
本発明の燃料電池用セパレータの製造装置は、粉末材料投入時に、金型3を振動させる振動手段11をさらに備えていることが望ましい。また、粉箱2にも振動手段を設けて粉箱2も振動させるようにしてもよい。
つぎに、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法とその装置の作用・効果を説明する。
まず、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法では、粉箱2内で粉末材料1を流動させながら粉箱のスリット6を通して粉末材料1を金型キャビティ4へ投入するようにしたので、粉末材料1が浮いていることと、スリット6開口面積が小さいこととによって、粉箱2内の粉末材料1の重みがキャビティ4内の粉末材料1にほとんどかからない。その結果、キャビティ4内の粉末材料1が粉箱2内の粉末材料1の重みの影響をほとんど受けず、粉箱2を移動している時にキャビティ4内の粉末材料1の上面が荒れず、キャビティ4に投入済の粉末材料1の厚さ、投入量にムラが生じない。
これに対し、比較例の図7のように、下端が開放している偏平状の粉箱12からキャビティ13内に粉末材料14を入れながら粉箱12を移動させると、キャビティ13内に粉末材料14の層の上面が波うち、荒れるので、プレス後のセパレータの密度が不均一になり、密度不足、密度不良によって燃料電池スタックのセパレータ部位でのガス(燃料ガス、酸化ガス)や冷却水の透過などの問題が出る。本発明では、キャビティ4に粉末材料1を均一充填ができるので、セパレータ5の密度が均一で、ガスや冷却水の透過などの問題は生じない。
まず、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法では、粉箱2内で粉末材料1を流動させながら粉箱のスリット6を通して粉末材料1を金型キャビティ4へ投入するようにしたので、粉末材料1が浮いていることと、スリット6開口面積が小さいこととによって、粉箱2内の粉末材料1の重みがキャビティ4内の粉末材料1にほとんどかからない。その結果、キャビティ4内の粉末材料1が粉箱2内の粉末材料1の重みの影響をほとんど受けず、粉箱2を移動している時にキャビティ4内の粉末材料1の上面が荒れず、キャビティ4に投入済の粉末材料1の厚さ、投入量にムラが生じない。
これに対し、比較例の図7のように、下端が開放している偏平状の粉箱12からキャビティ13内に粉末材料14を入れながら粉箱12を移動させると、キャビティ13内に粉末材料14の層の上面が波うち、荒れるので、プレス後のセパレータの密度が不均一になり、密度不足、密度不良によって燃料電池スタックのセパレータ部位でのガス(燃料ガス、酸化ガス)や冷却水の透過などの問題が出る。本発明では、キャビティ4に粉末材料1を均一充填ができるので、セパレータ5の密度が均一で、ガスや冷却水の透過などの問題は生じない。
また、粉末材料の投入工程101で、予備成形工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1を投入する場合は、
(イ)プレス方向が水平方向の場合、キャビティ4上方から粉末材料1を投入することにより、粉末材料1をキャビティ4に投入するのに重力を利用でき、
(ロ)プレス方向と無関係に、粉末材料1をキャビティ4に充填するに際し吸引力を利用することもできる。
重力や吸引を利用することにより、粉末材料1のキャビティ4への均一充填に寄与できる。
なお、予備成形工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1を投入する方法を、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入と組み合わせてもよく(ただし、別々に実施してもよい)、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
(イ)プレス方向が水平方向の場合、キャビティ4上方から粉末材料1を投入することにより、粉末材料1をキャビティ4に投入するのに重力を利用でき、
(ロ)プレス方向と無関係に、粉末材料1をキャビティ4に充填するに際し吸引力を利用することもできる。
重力や吸引を利用することにより、粉末材料1のキャビティ4への均一充填に寄与できる。
なお、予備成形工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1を投入する方法を、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入と組み合わせてもよく(ただし、別々に実施してもよい)、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
また、図5、図6に示すように、予備成形工程102のプレス方向が水平方向であり、粉末材料の投入工程101で鉛直下方に金型3内へ粉末材料1を投入する場合は、粉末材料1をキャビティ4に投入するに際し重力を利用できる。
なお、図5、図6の水平方向プレス、鉛直方向からの金型3内への粉末材料1投入の方法を、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入と組み合わせてもよく(ただし、別々に実施してもよい)、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
なお、図5、図6の水平方向プレス、鉛直方向からの金型3内への粉末材料1投入の方法を、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入と組み合わせてもよく(ただし、別々に実施してもよい)、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
また、粉末材料投入時に金型3を振動させる場合は、粉末材料1のキャビティ4への均一充填に寄与できる他、キャビティ4に充填された粉末材料1の密度を高めることができる。
なお、粉末材料投入時に金型3を振動させる方法は、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入と組み合わせてもよく、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
なお、粉末材料投入時に金型3を振動させる方法は、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入と組み合わせてもよく、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
本発明の燃料電池用セパレータの製造装置では、粉箱2は、粉箱2内で粉末材料1を流動させる流動装置7と、金型キャビティ4に投入される粉末材料1を通過させるスリット6を、有するので、この装置を用いて燃料電池用セパレータを製造するときには、粉箱2内の粉末材料1の重みがキャビティ4内の粉末材料1にほとんどかからない。その結果、キャビティ4内の粉末材料1が粉箱2内の粉末材料1の重みの影響をほとんど受けず、粉箱2を移動している時にキャビティ4内の粉末材料1の上面が荒れず、キャビティ4に投入済の粉末材料1の厚さ、投入量にムラが生じない。
金型3が、粉末材料の投入工程101で、予備成形工程102のプレス方向と直交する方向から金型内へ粉末材料が投入される姿勢をとる場合には、
(イ)プレス方向が水平方向の場合、粉末材料1をキャビティ4に投入するに際し重力を利用でき、あるいは、
(ロ)プレス方向がどの方向であろうと、粉末材料1をキャビティ4に投入するに際し吸引力を利用できる。
重力や吸引を利用することにより、粉末材料1のキャビティ4への均一充填に寄与できる。
なお、予備成形工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1を投入するという構成を、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入の構成と組み合わせてもよく(ただし、別々に実施してもよい)、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
(イ)プレス方向が水平方向の場合、粉末材料1をキャビティ4に投入するに際し重力を利用でき、あるいは、
(ロ)プレス方向がどの方向であろうと、粉末材料1をキャビティ4に投入するに際し吸引力を利用できる。
重力や吸引を利用することにより、粉末材料1のキャビティ4への均一充填に寄与できる。
なお、予備成形工程102のプレス方向と直交する方向から金型3内へ粉末材料1を投入するという構成を、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入の構成と組み合わせてもよく(ただし、別々に実施してもよい)、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
図5、図6に示すように、予備成形工程102のプレス方向が水平方向であり、粉末材料の投入工程101で鉛直下方に金型3内へ粉末材料1を投入する装置では、粉末材料1をキャビティ4に投入するに際し重力を利用できる。なお、図5、図6の水平方向プレス、鉛直方向からの金型3内への粉末材料1投入の構成を、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入の構成と組み合わせてもよく、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
また、金型3の振動手段11を有する場合は、材料投入時に金型3を振動手段11で振動させることにより、粉末材料のキャビティへの均一充填をはかることができる他、キャビティに充填された粉末材料の密度を高めることができる。
なお、粉末材料投入時に金型3を振動手段11を設けた構造は、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入に係わる装置と組み合わせてもよく、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
なお、粉末材料投入時に金型3を振動手段11を設けた構造は、図1〜図4の粉箱2内の粉末材料1の流動およびスリット6を通しての投入に係わる装置と組み合わせてもよく、組み合わせた場合は、更なる均一充填をはかることができる。
1 粉末材料
2 粉箱
3 金型
3a、3b 一対の対向型
3c 側方型
4 キャビティ
5 セパレータ(予備成形体)
6 スリット
7 管
8 小孔
9、10 傾斜壁
11 振動手段
101 粉末材料投入行程
102 予備成形行程
103 本成形行程(熱圧プレス行程)
104 製品取り出し行程
2 粉箱
3 金型
3a、3b 一対の対向型
3c 側方型
4 キャビティ
5 セパレータ(予備成形体)
6 スリット
7 管
8 小孔
9、10 傾斜壁
11 振動手段
101 粉末材料投入行程
102 予備成形行程
103 本成形行程(熱圧プレス行程)
104 製品取り出し行程
Claims (8)
- 粉箱から金型のキャビティへ材料粉を投入する工程と、キャビティに投入された材料粉を前記金型でプレス成形する工程を有する燃料電池のセパレータ用製造方法であって、
粉箱内で材料粉を流動させながら粉箱に設けたスリットを通して材料粉を金型キャビティへ投入する燃料電池用セパレータの製造方法。 - 粉箱から金型のキャビティへ材料粉を投入する工程と、キャビティに投入された材料粉を前記金型でプレス成形する工程を有する燃料電池のセパレータの製造方法であって、
前記材料粉の投入工程では、プレス成形のプレス方向と直交する方向から金型内へ材料粉を投入する燃料電池用セパレータの製造方法。 - プレス成形のプレス方向が水平方向であり、前記材料粉の投入工程では鉛直下方に金型内へ材料粉を投入する請求項2記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 材料投入時には前記金型を振動させる請求項1〜3の何れか一項記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 粉箱と、粉箱からの材料粉が投入されるキャビティをもつ金型とを備えた燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記粉箱は、粉箱内で材料粉を流動させる流動装置と、金型キャビティに投入される材料粉を通過させるスリットを、有する燃料電池用セパレータの製造装置。 - 粉箱と、粉箱からの材料粉が投入されるキャビティをもつ金型とを備えた燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記金型は、材料粉の投入工程では、プレス工程のプレス方向と直交する方向から金型内へ材料粉が投入される姿勢をとる燃料電池用セパレータの製造装置。 - プレス成形のプレス方向が水平方向であり、前記材料粉の投入工程では前記金型のキャビティが鉛直方向に向けられる請求項6記載の燃料電池のセパレータの製造装置。
- 材料投入時に前記金型を振動させる振動手段をさらに備えている請求項5〜7の何れか一項記載の燃料電池のセパレータの製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004030109A JP2005219358A (ja) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | 燃料電池用セパレータの製造方法と製造装置 |
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Publications (1)
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ID=34995383
Family Applications (1)
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JP2004030109A Pending JP2005219358A (ja) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | 燃料電池用セパレータの製造方法と製造装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2005219358A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006026917A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Toyo Mach & Metal Co Ltd | 成形機 |
-
2004
- 2004-02-06 JP JP2004030109A patent/JP2005219358A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006026917A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Toyo Mach & Metal Co Ltd | 成形機 |
JP4628028B2 (ja) * | 2004-07-12 | 2011-02-09 | 東洋機械金属株式会社 | 成形機 |
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