JP4623264B2 - 燃料電池用構成部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の構成要素をなす燃料電池用構成部品の製造方法に関するものである。本発明の燃料電池用構成部品は、セパレータとこのセパレータに一体成形されたガスケットとを有する。

固体高分子形燃料電池は、水素と酸素（空気）を反応させて水を得る過程で電気を取り出す原理を用いて発電する電池であり、その構成は、水素イオンを透過する電解質膜を挟み込むかたちで２枚のセパレータが配置されている。これをセルとよび、１セルを何層にも重ね合わせることにより燃料電池スタックが構成される。

このうち、セパレータは、水素と酸素を遮断する流体遮断性と、電気を取り出すことのできる導電性をもつ必要があり、このセパレータとして従来、炭素粉体に樹脂を混合した材料が用いられているが、この炭素と樹脂よりなるセパレータには強度が低い欠点がある。

また、燃料電池には、燃料ガスや冷却水をシールするためのガスケットを２枚のセパレータ間に挟み込むことが必要とされ、その組み付け性を向上させるべく従来、図２に示すように、セパレータ５１にガスケット５４を一体成形する方法が考案されている（特許文献１参照）。

すなわち、同図に示すように、上記炭素や樹脂を成形材料としてセパレータ５１を成形し、このときセパレータ５１の一面５１ａおよび他面５１ｂにそれぞれ凹凸状の流路５２ａ，５２ｂとガスケット装着溝５３ａ，５３ｂを形成する。次いで、このセパレータ５１をガスケット成形用の金型（図示せず）にインサートし、この金型によってセパレータ５１の一面５１ａおよび他面５１ｂにそれぞれガスケット５４ａ，５４ｂを一体成形する（尚、図における左側のガスケット５４ａ，５４ｂは、一面５１ａ側のガスケット５４ａと他面５１ｂ側のガスケット５４ｂの平面上の位置が重なっているので、一面５１ａ側のガスケット装着溝５３ａと他面５１ｂ側のガスケット装着溝５３ｂを連通する連通孔５５が設けられており、一方の装着溝５３ａにガスケット成形材料を充填すると連通孔５５を介して他方の装着溝５３ｂにも成形材料が充填されるように構成されている）。

しかしながら、最近、スタックの大きさを小さくするためにセパレータ５１の厚さは薄くなる一方であり、よって上記金型による型締め時にセパレータ５１が割れ易くなっている。特に、上記したようにセパレータ５１の一面５１ａおよび他面５１ｂの双方にそれぞれ凹凸状の流路５２ａ，５２ｂが設けられている場合には、セパレータ５１が金型内で金型によって十分に支持されないことから、セパレータ５１に割れが発生し易い。

また、セパレータ５１の割れを防止すべく上記金型による型締め時に型締め力を小さくすることが考えられるが、この場合には、図２に示したようにセパレータ５１上にバリ５６が発生し易くなる。発生したバリ５６は除去しなければならず、バリ取り作業はその工程数が多い。したがってバリ取り作業をしなくても良いようバリを発生させないことが求められる。

特開２００１−１８５１７４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、セパレータを金型にインサートしてガスケットを一体成形するに際して、セパレータに割れが発生しにくく、バリが発生しにくい燃料電池用構成部品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の製造方法は、セパレータの両面にそれぞれ凹凸状の流路を設けるとともに前記セパレータにガスケットを一体成形してなる燃料電池用構成部品の製造方法において、
一方の面をフラットな面とするとともに他方の面に凹凸状の流路を設けた複数のセパレータ分割体を製作し、
当該セパレータ分割体を金型にインサートして前記ガスケットを成形、当該セパレータ分割体と一体化し、
当該セパレータ分割体に前記ガスケットが一体成形された複数の部材を前記フラットな一方の面同士で貼り合わせるようにしたことを特徴とするものである。

上記従来技術において、セパレータ５１に割れが発生し易かったのは、上記したようにセパレータ５１の一面５１ａおよび他面５１ｂの双方にそれぞれ凹凸状の流路５２ａ，５２ｂが設けられていて、セパレータ５１が金型内で金型によって十分に支持されなかったからであり、セパレータ５１が金型内で金型によって十分に支持されなかったのは、セパレータ５１が、凹凸状の流路５２ｂやガスケット装着溝５３ｂを設けた面５１ｂにおいて金型によって支持されていたからである。

これに対して、本発明の製造方法によれば、セパレータが厚さ方向に分割された形状のセパレータ分割体が製作され、このセパレータ分割体が金型にインサートされ、このときフラットな一面において金型によって支持されることから、セパレータ分割体は少々薄くても金型内で金型によって十分に支持される。したがって、セパレータ分割体が金型内で金型によって十分に支持された状態で型締めが行なわれることから、セパレータ分割体に無理な負担がかからず、よって割れが発生するのを抑えることが可能となる。また、割れの発生を抑えることができれば、型締め力は大きくても良いので、バリが発生するのを抑えることも可能となる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、上記構成を備えた本発明の製造方法においては、上記したようにセパレータが厚さ方向に分割された形状のセパレータ分割体が製作され、このセパレータ分割体が金型にインサートされ、このときフラットな一面において金型によって支持されることから、セパレータ分割体は少々薄くても金型内で金型によって十分に支持され、この状態で型締めが行なわれる。したがって、セパレータ分割体に無理な負担がかからず、よって割れが発生するのを抑えることが可能となり、併せて、バリが発生するのを抑えることも可能となる。したがって所期の目的どおり、製造に際してセパレータに割れが発生しにくく、バリが発生しにくい燃料電池用構成部品の製造方法を提供することができる。

尚、本件出願には、以下の実施形態が含まれる。

（１）片面がフラットで、もう一方の面に流路が形成されているセパレータ上の流路がある面にガスケットを一体成形し、その後、フラットの面同士を貼り合わせることによって一体に製作された両面に流路とガスケットのある両面セパレータ一体ガスケット。
（２）片面に流路やガスケット用の溝、もう一方の面はフラットであるセパレータ上の流路のある面へガスケットを成形する。そのガスケットと一体化したセパレータのフラット面同士を接着剤によって一体化する。片面がフラットであることにより、セパレータの強度が大きくなり、セパレータの割れが発生しづらくなる。また、セパレータの型締め力を大きくすることが可能であるため、ガスケット成形時のバリ漏れが発生しづらくなる。セパレータとしては、樹脂をバインダーとする炭素系のものを用いる。
（３）片面がフラットな形状のセパレータを成形する。もう一方の面には流路と必要であればガスケット用の溝がある。その後、セパレータをガスケット成形用の金型へインサートして、ガスケットをインジェクション成形、トランスファー成形または圧縮成形等を用いて一体化する。ガスケットを成形する面は、セパレータの表面に流路が形成されている面である。ガスケットを成形した後に、２枚のセパレータのフラット面同士を貼り合わせることによって、一枚の両面に流路が設けられガスケットが一体化されたセパレータが完成する。貼り合わせに際して用いられる接着剤は特に限定されないが、好ましくは、カーボンナノチューブなど導電性微粉末を分散させた導電性接着剤が用いられる。
（４）上記（１）ないし（３）の構成によれば、セパレータ上へガスケットを成形する場合に発生していたセパレータの割れが減少する。また、ガスケット成形によるバリ漏れが減少する。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る燃料電池用構成部品１の製造方法の工程説明図を示している。同図（Ｂ）に示すように、当該実施例に係る製造方法は、セパレータ２の両面にそれぞれ凹凸状の流路３ｃ，４ｃを設けるとともに同両面にそれぞれガスケット５，６を一体成形してなる燃料電池用構成部品１を製造するものであって、以下の製造工程を有している。

すなわち先ず、同図（Ａ）に示すように、セパレータ２を厚さ方向に分割した形状になり、かつ一方の面３ａ，４ａをフラットな面とするとともに他方の面３ｂ，４ｂに凹凸状の流路３ｃ，４ｃとガスケット装着溝３ｄ，４ｄを設けた複数のセパレータ分割体３，４をそれぞれ製作する。図では、複数のセパレータ分割体３，４は上側のセパレータ分割体３と下側のセパレータ分割体４の組み合わせによって構成されており、上側のセパレータ分割体３は、一方の面３ａをフラットな面とするとともに他方の面３ｂに凹凸状の流路３ｃとガスケット装着溝３ｄが設けられている。また、下側のセパレータ分割体４も同様に、一方の面４ａをフラットな面とするとともに他方の面４ｂに凹凸状の流路４ｃとガスケット装着溝４ｄが設けられている。セパレータ２ないしその分割体３，４としてその成形材料には、樹脂をバインダーとする炭素系のものが好適である。

次いで、同図（Ａ）に示すように、上記工程で製作したセパレータ分割体３，４にそれぞれガスケット５，６を一体成形する。図では、上側のセパレータ分割体３のガスケット装着溝３ｄにガスケット５が一体成形され、下側のセパレータ分割体４のガスケット装着溝４ｄにもガスケット６が一体成形されている。これらの一体成形は、セパレータ分割体３，４を単位として個別に行なわれ、各セパレータ分割体３，４はそれぞれ、フラットな一方の面３ａ，４ａをもって金型（図示せず）内で金型によって十分に支持された状態で一体成形が行なわれる。セパレータ分割体３，４毎にその形状や大きさが異なり、よって金型のキャビティ形状が異なる場合には、分割体３，４毎に金型を用意する。

次いで、同図（Ｂ）に示すように、上記工程でガスケット５，６を一体成形したセパレータ分割体３，４をフラットな一方の面３ａ，４ａ同士で貼り合わせて当該燃料電池用構成部品１を製作する。貼り合わせには接着剤（図示せず）を用い、例えばカーボンナノチューブなど導電性微粉末を分散させた導電性接着剤を用いる。

上記工程を有する当該実施例に係る製造方法によれば、上記したようにセパレータ２を厚さ方向に分割した形状になり、かつ一方の面３ａ，４ａをフラットな面とするとともに他方の面３ｂ，４ｂに凹凸状の流路３ｃ，４ｃとガスケット装着溝３ｄ，４ｄを設けた複数のセパレータ分割体３，４が製作され、このセパレータ分割体３，４がそれぞれ金型にインサートされ、このときフラットな一面３ａ，４ａにおいて金型によって支持されることから、セパレータ分割体３，４はセパレータ２全体より少々薄くても金型内で金型によって十分に支持され、この状態で型締めが行なわれる。したがって、金型内で金型によって十分に支持されたセパレータ分割体３，４には無理な負担がかからないことから、割れが発生するのを抑えることができ、併せて、型締め力を弱める必要がないことから、バリが発生するのを抑えることができる。したがって所期の目的どおり、製造に際してセパレータ２に割れが発生しにくく、かつバリが発生しにくい燃料電池用構成部品１の製造方法を提供することができる。

尚、上記実施例においては、ガスケット５，６が、セパレータ分割体３，４に設けたガスケット装着溝３ｄ，４ｄ内に一体成形されており、これによれば一体成形位置の正確性を期すことができるが、ガスケット装着溝３ｄ，４ｄは任意の構成であるので無くても良い。この場合には、セパレータ分割体３，４の他方の面３ｂ，４ｂ上にガスケット５，６が直接一体成形される。

また、上記実施例においては、一方のセパレータ分割体３および他方のセパレータ分割体４のそれぞれにガスケット５，６を一体成形したが、何れか一方の分割体のみにガスケットを一体成形するものであっても良い。この場合、スタック状態においてガスケットを一体成形しない側のシールは、隣接配置されるセパレータが備えるガスケットが当該セパレータ２に密接することにより行なわれることになる。

本発明の実施例に係る燃料電池用構成部品の製造方法の工程説明図であって、（Ａ）はセパレータ分割体を製作してガスケットを一体成形した状態の断面図、（Ｂ）はセパレータ分割体をフラットな面同士で貼り合わせてセパレータを製作した状態の断面図 従来例に係る製造方法によって製造された燃料電池用構成部品の断面図

符号の説明

１ 燃料電池用構成部品
２ セパレータ
３，４ セパレータ分割体
３ａ，４ａ 一方の面
３ｂ，４ｂ 他方の面
３ｃ，４ｃ 流路
３ｄ，４ｄ ガスケット装着溝
５，６ ガスケット

Claims (1)

1. セパレータの両面にそれぞれ凹凸状の流路を設けるとともに前記セパレータにガスケットを一体成形してなる燃料電池用構成部品の製造方法において、
   一方の面をフラットな面とするとともに他方の面に凹凸状の流路を設けた複数のセパレータ分割体を製作し、
   当該セパレータ分割体を金型にインサートして前記ガスケットを成形、当該セパレータ分割体と一体化し、
   当該セパレータ分割体に前記ガスケットが一体成形された複数の部材を前記フラットな一方の面同士で貼り合わせるようにしたことを特徴とする燃料電池用構成部品の製造方法。

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