JP4664611B2 - 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレータおよびその製造方法に関し、詳しくは、合成樹脂の射出成形法を用いた燃料電池用セパレータおよびその製造方法に関する。

近年、電気自動車の動力源等として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（ＰＥＦＣ）は、常温でも発電することが可能であり、自動車以外にも様々な用途に実用化されつつある。

一般に燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜を挟んで一方側にカソード極を配置し、他方側にアノード極を配置し、それを燃料電池用セパレータ（以下、単に「セパレータ」という。）で挟持して構成される単セルを積層したものであり、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって電力を発生させる仕組みになっている。

前記セパレータは、単セルを複数枚重ねて所要の電圧を得る各セル間の繋ぎ（積層化機能）を持たせるために用いられるものであるが、その他、燃料電池スタック内で水素や空気をセルに供給する供給通路を確保する機能、生成反応物を外部に排出する排出通路を確保する機能、燃料電池スタックを冷却するための冷却液の供給通路を確保する機能、電子を集めて取り出す機能等を要求される。

そのため、単セルにおけるセパレータ間では、特に、水素や空気や水が系外に漏洩しないための気密性や液密性が要求される。ここで、従来、二色射出成形法でシールを一体成形したセパレータが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この文献によるセパレータは、中央部に設けられる金属製部材と、この金属製部材の外周部に設けられる樹脂製部材と、この樹脂製部材を前記金属製部材に弾性部材を介して結合して構成される。樹脂製部材にはガス供給通路や生成反応物（水）排出通路が設けられており、このガス供給通路や生成反応物排出通路の気密性、液密性を確保するために、これらの通路の外周をシールしている。このセパレータは以下のようにして製造される。

図７は、従来のセパレータの製造工程を説明する図である。なお、セパレータは左右対称に形成されるものであるため、図７では、紙面に向かって、セパレータの左側のみを拡大して示すものとする。
図７（ａ）に示すように、まず、固定型１１１に、前記金属部材（薄板）である中央部１０１を載置した状態で、第１可動型１１２（外周部用成形型）を型締めする。そして、図７（ｂ）に示すように、固定型１１１と第１可動型１１２で形成されるキャビティ１１３内に第１の液状樹脂を充填する。

この液状樹脂を凝固させて、前記樹脂製部材である外周部１０２を成形した後、図７（ｃ）に示すように、第１可動型１１２を第２可動型１１４（弾性部材用成形型）に取り替えて型締めする。この第２可動型１１４は、外周部１０２を中央部１０１に結合する弾性部材１０３を成形するものである。そして、図７（ｄ）に示すように、固定型１１１と第２可動型１１４で形成されるキャビティ１１５内に第２の液状樹脂を充填する。この液状樹脂を凝固させた後、型開きして、セパレータ１００を得ることができる。

しかし、このような二色射出成形法では、図７（ｄ）の右側に拡大して示すように、弾性部材１０３用の第２の液状樹脂を充填させたときに、外周部１０２（または中央部１０１）と固定型１１１の間に、液状樹脂１０３ａが入り込んでしまう状態（以下、「裏回り」という。）になることがある。これは、外周部１０２を固定型１１１に押し付ける力が弱いことに起因する。

一方、従来、バリの発生を防止することを目的とした合成樹脂の二色射出成形法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
ちなみに、バリは、第１の液状樹脂が凝固して成形される成形品の製品収縮などにより、この成形品の表面に第２可動型の型面が正確に密着しないことなどで生じる。つまり、成形品の表面と第２可動型の型面の間に形成される隙間に第２の液状樹脂が入り込むことで意図しない不規則な形状のバリが発生する。

図８は、バリの発生を防止した従来の二色射出成形法を説明する図である。
図８（ａ）に示すように、まず、固定型１３１に、第１可動型１３２を型締めする。この第１可動型１３２側には、第２の液状樹脂を接合する境界線近傍に溝１３２ａを形成している。そして、図８（ｂ）に示すように、固定型１３１と第１可動型１３２で形成されるキャビティ１３３内に第１の液状樹脂を充填する。

この液状樹脂を凝固させて、リブ１２１ａを有する第１成形品１２１を成形した後、図８（ｃ）に示すように、第１可動型１３２を第２可動型１３４に取り替えて型締めする。このとき、第１成形品１２１は製品収縮によって一回り小さくなっている場合等、第１成形品１２１の表面と第２可動型１３４の型面は正確に密着せずとも、リブ１２１ａが圧接された状態になる。

そして、図８（ｄ）に示すように、固定型１３１と第２可動型１３４で形成されるキャビティ１３５内に第２の液状樹脂を充填する。このとき、第１成形品１２１の表面と第２可動型１３４の型面の間に形成される隙間に液状樹脂が入り込もうとするが、リブ１２１ａが第２可動型１３４の型面に圧接されていることで堰止めされるので、意図しない不規則な形状のバリが発生することを防止できる。
特開２００３−３２３９００号公報（段落００５３〜００６４、図１０） 特公平５−５４８０５号公報（第３頁左欄第９〜３６行目、第１１図）

しかしながら、従来のバリ止め防止の二色射出成形法では、リブ１２１ａで第２の液状樹脂の流入を完全に防止するため、リブ１２１ａを乗り越えて、第１成形品１２１上の所望の空間に第２の液状樹脂を充填する調整をすることができなかった。また、所望の空間に液状樹脂を射出するためのゲートを第２可動型１３４側に個別に形成するのは、高度な技術が必要であるとともに、手間がかかりコストがかかる。

そこで、本発明では、裏回りなどの変形を簡易に防止することができる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を課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、金属製部材からなる中央部と、第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部とを有する燃料電池用セパレータであって、前記外周部は、その内周縁部近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を有することを特徴とする。

請求項１に記載の燃料電池用セパレータは、二色射出成形法で製造される。まず、中央部を載置した第２の型に第１の型を型締めして外周部用キャビティを形成する。この外周部用キャビティには、少なくとも結合部の表面位置まで突出する突起部が外周部の内周縁部近傍に形成されるような凹部が形成されている。そして、この外周部用キャビティに液状樹脂を充填して凝固させることで外周部を形成する。次に、第１の型を第３の型に取り替えて結合部用キャビティを形成する。このとき、前記した外周部の突起部が第３の型の型面に当接し、そのため、外周部が、内周縁部近傍を第２の型側に押圧された状態で、結合部用キャビティに液状樹脂が充填される。外周部は第２の型側に押圧されているので、液状樹脂が外周部と第２の型の間に入り込むことなく、裏回りを防止することができる。また、従来のリブが液状樹脂の流入を完全に防止するのに対し、突起部は、その周囲の空間を利用して所望の空間まで液状樹脂を流動させることができる。そのため、所望の形状を有する結合部を容易に形成することができる。

請求項２に記載の発明は、金属性部材からなる中央部と、第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部とを有する燃料電池用セパレータであって、前記中央部は、前記結合部との境界線近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を複数有することを特徴とする。

請求項２に記載の燃料電池用セパレータは、前記同様二色射出成形法で製造される。まず、中央部を載置した第２の型に第１の型を型締めして外周部用キャビティを形成する。そして、この外周部用キャビティに液状樹脂を充填して凝固させることで外周部を形成する。次に、第１の型を第３の型に取り替えて結合部用キャビティを形成する。このとき、中央部の突起部を第３の型の型面に当接させ、中央部の外周縁部近傍を第２の型側に押圧した状態で、結合部用キャビティに液状樹脂を充填させることができる。中央部は第２の型側に押圧されているので、液状樹脂が中央部と第２の型の間に入り込むことなく、裏回りを防止することができる。

請求項３に記載の発明は、金属製部材からなる中央部と、樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部とを有する燃料電池用セパレータであって、前記外周部は、その内周縁部近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を有し、前記中央部は、前記結合部との境界線近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を有することを特徴とする。

請求項３に記載の燃料電池用セパレータは、前記した請求項１および請求項２に記載の燃料電池用セパレータの構成をすべて有するものであり、前記同様二色射出成形法で製造される。従って、請求項１および請求項２に記載の燃料電池用セパレータによる作用を備え、結合部用液状樹脂が、外周部と第２の型の間、または、中央部と第２の型の間に入り込まず、裏回りを防止することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記外周部は、前記結合部との境界線近傍に、前記結合部の表面位置よりも突出するリブを有することを特徴とする。

請求項４に記載の燃料電池用セパレータは、前記した請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータによる作用を備え、前記同様二色射出成形法で製造される。請求項４に記載の燃料電池用セパレータの主な作用は以下のとおりである。まず、中央部を載置した第２の型に第１の型を型締めして外周部用キャビティを形成する。この外周部用キャビティには、結合部の表面位置よりも突出するリブを、結合部より外周側に位置するように外周部に形成するための溝が形成されている。そして、この外周部用キャビティに液状樹脂を充填して凝固させることで外周部を形成する。次に、第１の型を第３の型に取り替えて結合部用キャビティを形成する。このとき、前記した外周部のリブが、第３の型の型面に当接して押圧される。そして、この状態で、結合部用キャビティに液状樹脂を充填する。そのため、第３の型と第２の型の間に、万一、意図しない隙間が形成された場合であっても、リブで液状樹脂の流出を防止することができ、バリの発生を防止することができる。

請求項５に記載の発明は、金属製部材からなる中央部と、第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部とを有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する突起部が前記外周部の内周縁部近傍に形成されるような凹部が複数形成される第１の型を、第２の型に型締めして外周部用キャビティを形成する工程と、前記外周部用キャビティに第１の液状樹脂を充填して凝固させる工程と、前記第１の型を第３の型に取り替える工程と、前記第３の型を、前記中央部が載置された前記第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する工程と、前記第３の型の型面で前記外周部の突起部を前記第２の型側に押圧しながら、前記結合部用キャビティに第２の液状樹脂を充填して凝固させる工程とを有することを特徴とする。

請求項５に記載の燃料電池用セパレータの製造方法は、二色射出成形法による製造方法である。まず、第２の型に第１の型を型締めして外周部用キャビティを形成する。この外周部用キャビティには、少なくとも結合部の表面位置まで突出する突起部が外周部の内周縁部近傍に形成されるような凹部が形成されている。そして、この外周部用キャビティに液状樹脂を充填して凝固させることで外周部を形成する。次に、第１の型を第３の型に取り替えて、中央部が載置された第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する。このとき、前記した外周部の突起部が、第３の型の型面に当接するため、外周部の内周縁部近傍を第２の型側に押圧した状態で、結合部用キャビティに液状樹脂を充填する。外周部は第２の型側に押圧されているので、液状樹脂が外周部と第２の型の間に入り込むことなく、裏回りを防止することができる。また、従来のリブが液状樹脂の流入を完全に防止するのに対し、突起部は、その周囲の空間を利用して所望の空間まで液状樹脂を流動させることができる。そのため、所望の形状を有する結合部を容易に形成することができる。

請求項６に記載の発明は、金属製部材からなる中央部と、第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部とを有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、第１の型を、第２の型に型締めして外周部用キャビティを形成する工程と、前記外周部用キャビティに第１の液状樹脂を充填して凝固させる工程と、前記第１の型を第３の型に取り替える工程と、前記第３の型を、前記結合部との境界線近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を設けた前記中央部が載置された前記第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する工程と、前記第３の型の型面で前記中央部の突起部を前記第２の型側に押圧しながら、前記結合部用キャビティに第２の液状樹脂を充填して凝固させる工程とを有することを特徴とする。

請求項６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法は、前記同様二色射出成形法による製造方法である。まず、第２の型に第１の型を型締めして外周部用キャビティを形成する。そして、この外周部用キャビティに液状樹脂を充填して凝固させることで外周部を形成する。次に、第１の型を第３の型に取り替えて、中央部が載置された第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する。このとき、中央部の突起部が第３の型の型面に当接するため、中央部の外周縁部近傍より内側を第２の型側に押圧した状態で、結合部用キャビティに液状樹脂を充填する。中央部は第２の型側に押圧されているので、液状樹脂が中央部と第２の型の間に入り込むことなく、裏回りを防止することができる。

請求項７に記載の発明は、金属製部材からなる中央部と、第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部とを有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する突起部が前記外周部の内周縁部近傍に形成されるような凹部が複数形成される第１の型を、第２の型に型締めして外周部用キャビティを形成する工程と、前記外周部用キャビティに第１の液状樹脂を充填して凝固させる工程と、前記第１の型を第３の型に取り替える工程と、前記第３の型を、前記結合部との境界線近傍に、前記結合部の表面位置まで突出する不連続な突起部を複数設けた前記中央部が載置された前記第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する工程と、前記第３の型の型面で前記外周部の突起部及び前記中央部の突起部を前記第２の型側に押圧しながら、前記結合部用キャビティに第２の液状樹脂を充填して凝固させる工程とを有することを特徴とする。

請求項７に記載の燃料電池用セパレータの製造方法は、前記した請求項５および請求項６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法の構成をすべて有するものである。従って、請求項５および請求項６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法による作用を備え、結合部用液状樹脂が、外周部と第２の型の間、または、中央部と第２の型の間に入り込まず、裏回りを防止することができる。

本発明の燃料電池用セパレータでは、製造時に裏回りなどの変形がなく、製品の信頼性を向上させることができる。
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、裏回りなどの変形を簡易に防止することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るセパレータの平面図であり、図２は、本実施形態に係るセパレータの斜視図である。また、図３は、図１のセパレータのＡ−Ａ線断面図である。
図１に示すセパレータ１は、燃料電池を構成する部品の一つであり、固体高分子電解質膜の両側にカソード極およびアノード極が一体に形成された膜電極接合体（ＭＥＡ）を積層する際に、膜電極接合体の両側に、これを挟むように配置される。

図１に示すように、セパレータ１は、発電部である金属製の中央部２と、この中央部２の周りに第１の樹脂製の外周部３とを備え、この外周部３を中央部２に第１の樹脂と異なる第２の樹脂製の結合部４で結合して構成されている。

中央部２は矩形状をなしたステンレス製のプレートである。中央部２の外周縁部２ａ近傍よりも内側（つまり、後記する結合部４に覆われない部分）には、不連続に突起する複数の突起部２１が形成されている（図２参照）。図３に示すように、突起部２１は、少なくとも、後記する結合部４の表面位置４ａまで突出するように形成される。また、中央部２の外周縁部２ａ近傍には、プライマ処理を施しておくことが望ましい。こうすることで、後記する製造工程において、中央部２に結合部４を好適に付着させることができる。

再び図１に示すように、外周部３は、中央が大きく開口した矩形状の枠体である。外周部３の開口部は中央部２より大きく形成されているため、外周部３の内周縁部３ａと中央部２の外周縁部２ａとの間には若干の隙間５が生じている。また、外周部３には、セパレータ１が積層されたときの水素のガス通路３１・・・、酸素のガス通路３２・・・、および反応生成物の通路である生成水通路３３，３３が開口するように形成されている。外周部３は、例えば、エンジニアリングプラスチックなどの熱可塑性樹脂製部材であり、このようなガス通路３１，３２や生成水通路３３の耐食性を確保することができる。

図３に示すように、外周部３の内周縁部３ａ近傍には、不連続に突起する複数の突起部３４が形成されている。突起部３４の配置間隔については、後記するセパレータ１の製造工程において、第２の液状樹脂の流動の抵抗にならないように空けることが必要である。そして、図３に示すように、突起部３４は、少なくとも、後記する結合部４の表面位置４ａまで突出するように形成される。

図１および図３に示すように、結合部４（図１におけるドット模様の部分）は、中央部２と外周部３の間に形成される隙間５に介在し、かつ、片面側で中央部２の外周縁部２ａ近傍と外周部３のほぼ全面を覆うように形成されている。結合部４は、例えば、シリコーンゴムなどの熱硬化性樹脂製部材である。また、結合部４には、その表面位置４ａ（図３参照）から突出するリブ４１が形成されている。

リブ４１は、一隅に形成される酸素のガス通路３２からその対称位置に形成される酸素のガス通路３２を一つに囲うように、かつ、その他のガス通路３２および生成水通路３３をそれぞれ区画するように、各通路に沿って形成されている（図１、図２参照）。
リブ４１は、燃料電池を組み付けるために、セパレータ１を積層させたとき、対向して配置された膜電極接合体（ＭＥＡ）に押圧されるものである。リブ４１でガス通路３２を一つに囲っていることで、セパレータ１の積層時、一隅のガス通路３２から中央部２に供給されて、対称位置のガス通路３２に排出される空気流路が確保される。また、リブ４１でガス通路３２および生成水通路３３を区画していることで、各通路（３２，３３，３４）のシール性を確保することができる。
なお、図１および図２に示すセパレータ１は、便宜的に空気流路を確保するものとして説明したが、このセパレータ１の積層時の向きによっては、水素流路を確保するものとして機能することもある。またその他、セパレータ１には、生成水排出通路、冷却水供給通路を確保する機能もある。

次に、前記したセパレータ１の製造方法（工程）について説明する。
図４は、本実施の形態に係るセパレータの製造工程を説明する図である。なお、セパレータは左右対称に形成されるものであるため、図４においては、図１のセパレータの紙面左側のみを示して説明するものとする。

図４（ａ）に示すように、まず、中央部２を載置した固定型１０（第２の型）に第１可動型１１（第１の型）を型締めする。これにより、図４（ｂ）に示すように、外周部用キャビティ１２を形成する。この外周部用キャビティ１２には、前記した突起部３４が外周部３の内周縁部３ａ近傍に形成されるような凹部１１ａが形成されている。そして、この外周部用キャビティ１２にエンジニアリングプラスチックの液状樹脂を充填して、凝固させることで外周部３を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、第１可動型１１を第２可動型１３（第３の型）に取り替えて型締めする。これにより、図４（ｄ）に示すように、結合部用キャビティ１４を形成する。そして、このとき、すでに形成された外周部３の突起部３４が、第２可動型１３の型面１３ａに当接するとともに、中央部２の突起部２１も第２可動型１３の溝１３ｂに当接する。そのため、外周部３の内周縁部３ａ近傍および中央部２の境界線近傍を、固定型１０側に押圧した状態で、結合部用キャビティ１４にシリコーンゴムの液状樹脂を充填する。
なお、前記したように、外周部３の突起部３４は、少なくとも結合部４の表面位置４ａまで突出するものであるが、表面位置４ａよりもさらに突出するように形成しておくことが好ましい。こうすることで、結合部用キャビティ１４を形成したとき、第２可動型１３の型面１３ａで突起部３４を弾性変形させて適度に押圧することができる。
また、第２可動型１３の溝１３ｂは、中央部２の突起部２１を押圧できるように、突起部２１の突出量より浅めの溝であることが好ましい。

外周部３および中央部２は固定型１０側に押圧されているので、液状樹脂が外周部３と固定型１０の間に入り込むことなく、裏回りを防止することができる。従来のリブが液状樹脂の流動を完全に防止するのに対し、不連続な突起部３４は、その周囲の空間を利用して所望の空間まで液状樹脂を流動させることができる。そのため、所望の形状を有する結合部４を容易に形成することができる。

以上によれば、本実施形態のセパレータ１において以下の効果を得ることができる。
外周部３の突起部３４が、第２可動型１３の型面１３ａによって押圧され、外周部３の内周縁部３ａ近傍が固定型１０側に押圧されるので、結合部４の成形時に、液状樹脂が外周部３の下側に回り込むこと（裏回り）を防止することができる。
また、中央部２の突起部２１が、第２可動型１３の溝１３ｂによって押圧され、中央部２は、結合部４の境界線近傍を固定型１０側に押圧されるので、結合部４の成形時に、液状樹脂が中央部２の下側に回り込むこと（裏回り）を防止することができる。
従って、裏回りによるセパレータ１の変形を防止して、製品の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように実施することもできる。
（変形例１）
図５は、前記実施形態の変形例に係るセパレータの積層状態を示す図である。
前記実施形態では、外周部３の突起部３４や中央部２の突起部２１を、少なくとも、結合部４の表面位置４ａまで突出するように形成したが、図５（ａ）に示すように、結合部４の表面位置４ａよりも突出する突起部３４’、突起部２１’として形成することもできる。これによれば、燃料電池が構成された際、具体的には、膜電極接合体ＭＥＡを挟持したセパレータ１を積層し、これに適度な圧力をかけて固定した際の、リブ４１の押し潰れを最小限に抑えることができる。つまり、軟質樹脂製部材であるリブ４１だけを押し潰すと圧縮永久歪みが大きくなり、最悪の場合ガス流路を閉塞し、燃料電池の性能を著しく悪化させることがある。しかし、図５（ｂ）に示すように、突起部３４’と突起部２１’により、対向して配置される膜電極接合体ＭＥＡを支えることで、リブ４１の押し潰れを最小限に抑えることができる。このため、ガス流路も確保でき、燃料電池の耐久性を向上することができる。

（変形例２）
また、前記実施形態を以下のように変形して実施することもできる。
図６は、実施形態の変形例に係る製造工程を示す図である。図６は、図４（ｄ）の円で囲ったＢ部分の変形例を示すものである。なお、変形例は、前記実施形態の構成を一部変更したものであるため、同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

変形例のセパレータにおいては、外周部３は、結合部４との境界線近傍に、結合部４の表面位置４ａよりも突出するリブ３５を有するように構成される（図６（ｂ），（ｄ）等参照）。このようなセパレータの製造工程について、以下、説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、中央部２を載置した固定型１０に第１可動型１５を型締めして外周部用キャビティ１６を形成する（図６（ｂ）参照）。この外周部用キャビティ１６には、結合部４の表面位置４ａ（図６（ｄ）参照）よりも突出するリブ３５を、結合部４より外周側に位置するように外周部３に形成するための溝１５ａが形成されている。そして、図６（ｂ）に示すように、外周部用キャビティ１６にエンジニアリングプラスチックの液状樹脂を充填して凝固させることで外周部３を形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、第１可動型１５を第２可動型１７に取り替えて結合部用キャビティ１８を形成する（図６（ｄ）参照）。このとき、図６（ｄ）に示すように、前記した外周部３のリブ３５が、第２可動型１７の型面に当接する。そして、この状態で、結合部用キャビティ１８にシリコーンゴムの液状樹脂を充填する。こうすることで、第２可動型１７と固定型１０の間に、隙間が形成された場合（図６（ｃ）の状態）であっても、外周部３にリブ３５が形成されていることで、シリコーンゴムの液状樹脂の流出を防止することができ、バリの発生を防止することができる。

また、例えば、前記実施形態では、外周部３の形成前に（つまり、図４（ａ）の工程において）、中央部２を固定型１０に載置したが、中央部２は結合部用キャビティ１４を形成するまでに載置されていればよく、外周部３を形成後（つまり、図４（ｃ）の工程において）、固定型１０に載置するようにしてもよい。

また、例えば、前記実施形態では、外周部３および中央部２にそれぞれ突起部３４、突起部２１を形成したが、外周部３のみ、または、中央部２のみに形成するものであってもよい。中央部２に形成しないことで、中央部側の形状を簡単にすることができる。
また、外周部３にエンジニアリングプラスチック等の熱可塑性樹脂製部材、結合部４にシリコーンゴム等の熱硬化性樹脂製部材を用いたが、これらの材料は限定されるものではなく、適宜用途に合わせて変更できる。

また、例えば、前記実施形態では、固定型１０、第１可動型１１（または１５）、第２可動型１３（または１７）等で金型装置を構成したが、固定型１０を可動型で構成したり、第１可動型１１（または１５）および第２可動型１３（または１７）を固定型で構成したりすることもできる。

本実施形態に係るセパレータの平面図である。 本実施形態に係るセパレータの斜視図である。 図１のセパレータのＡ−Ａ線断面図である。 本実施の形態に係るセパレータの製造工程を説明する図である。 実施形態の変形例に係るセパレータの積層状態を示す図である。 実施形態の変形例に係る製造工程を示す図である。 従来のセパレータの製造工程を説明する図である。 バリの発生を防止した従来の二色射出成形法を説明する図である。

符号の説明

１ セパレータ
２ 中央部
２ａ 外周縁部
３ 外周部
３ａ 内周縁部
４ 結合部
４ａ 表面位置
５ 隙間
１０ 固定型
１１ 第１可動型
１１ａ 凹部
１２ 外周部用キャビティ
１３ 第２可動型
１３ａ 型面
１３ｂ 溝
１４ 結合部用キャビティ
１５ 第１可動型
１５ａ 溝
１６ 外周部用キャビティ
１７ 第２可動型
１７ａ 型面
１８ 結合部用キャビティ
２１ 突起部
３１ ガス通路
３２ ガス通路
３３ 生成水通路
３４ 突起部
３５ リブ
４１ リブ

Claims (7)

1. 金属製部材からなる中央部と、
   第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、
   前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部と
   を有する燃料電池用セパレータであって、
   前記外周部は、その内周縁部近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 金属性部材からなる中央部と、
   第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、
   前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部と
   を有する燃料電池用セパレータであって、
   前記中央部は、前記結合部との境界線近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を複数有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
3. 金属製部材からなる中央部と、
   第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、
   前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部と
   を有する燃料電池用セパレータであって、
   前記外周部は、その内周縁部近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を有し、前記中央部は、前記結合部との境界線近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
4. 前記外周部は、前記結合部との境界線近傍に、前記結合部の表面位置よりも突出するリブを有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
5. 金属製部材からなる中央部と、
   第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、
   前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部と
   を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
   少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する突起部が前記外周部の内周縁部近傍に形成されるような凹部が複数形成される第１の型を、第２の型に型締めして外周部用キャビティを形成する工程と、
   前記外周部用キャビティに第１の液状樹脂を充填して凝固させる工程と、
   前記第１の型を第３の型に取り替える工程と、
   前記第３の型を、前記中央部が載置された前記第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する工程と、
   前記第３の型の型面で前記外周部の突起部を前記第２の型側に押圧しながら、前記結合部用キャビティに第２の液状樹脂を充填して凝固させる工程と
   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。
6. 金属製部材からなる中央部と、
   第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、
   前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部と
   を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
   第１の型を、第２の型に型締めして外周部用キャビティを形成する工程と、
   前記外周部用キャビティに第１の液状樹脂を充填して凝固させる工程と、
   前記第１の型を第３の型に取り替える工程と、
   前記第３の型を、前記結合部との境界線近傍に、少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する不連続な複数の突起部を設けた前記中央部が載置された前記第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する工程と、
   前記第３の型の型面で前記中央部の突起部を前記第２の型側に押圧しながら、前記結合部用キャビティに第２の液状樹脂を充填して凝固させる工程と
   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。
7. 金属製部材からなる中央部と、
   第１の樹脂製部材からなり、前記中央部の外周に設けられる外周部と、
   前記第１の樹脂製部材と異なる第２の樹脂製部材からなり、前記外周部と前記中央部の間に介在し、かつ、前記外周部の内周縁部近傍および前記中央部の外周縁部近傍を少なくとも覆う結合部と
   を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
   少なくとも前記結合部の表面位置まで突出する突起部が前記外周部の内周縁部近傍に形成されるような凹部が複数形成される第１の型を、第２の型に型締めして外周部用キャビティを形成する工程と、
   前記外周部用キャビティに第１の液状樹脂を充填して凝固させる工程と、
   前記第１の型を第３の型に取り替える工程と、
   前記第３の型を、前記結合部との境界線近傍に、前記結合部の表面位置まで突出する不連続な突起部を複数設けた前記中央部が載置された前記第２の型に型締めして結合部用キャビティを形成する工程と、
   前記第３の型の型面で前記外周部の突起部及び前記中央部の突起部を前記第２の型側に押圧しながら、前記結合部用キャビティに第２の液状樹脂を充填して凝固させる工程と
   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。

Images