JP6137042B2 - 燃料電池のセパレータの製造方法及び熱圧着装置 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、接触抵抗の小さい燃料電池のセパレータを効率よく容易に製造することができる燃料電池のセパレータの製造方法を提供することにある。
また、上記目的を達成するための熱圧着装置は、加熱部をそれぞれ有する上型及び下型を備え、前記上型の加熱部の下面と前記下型の加熱部の上面とによりワークを挟圧しつつ加熱することにより同ワークの表面処理を行なう熱圧着装置であって、前記上型の加熱部の下面と前記下型の加熱部の上面との間においてこれら加熱部から離間された位置で前記ワークを支持可能な支持部材が設けられている。
固体高分子型燃料電池(以下、燃料電池と略称する。)は、膜電極接合体91と、膜電極接合体91を挟む一対のセパレータ92,93とを有するセル90を備え、セル90が積層されることによって構成されている。膜電極接合体91は、固体高分子膜よりなる電解質膜が図示しない燃料極と空気極とによって挟まれたものであり、所謂MEA(Membrane Electrode Assembly)と称される。
図3に示すように、第1セパレータ92の基材51における膜電極接合体91に接する表面及びフラットセパレータ94に接する表面には、導電性を有する塗膜58が形成されている。
第1セパレータ92の製造に際しては、まず、図示しないプレス装置によってステンレス鋼板をプレス成形することにより図2に示す所定の凹凸形状を有する基材51が形成される。
次に、図4(b)に示すように、第1の層52の表面に上記第2充填材56よりなる第2の塗料が塗布されて第2の層55が形成されることによりワーク50が形成される。なお、第1の層52及び第2の層55を形成する工程が第1工程に相当する。
図5(a),(b)に示すように、熱圧着装置10は、下型20と、下型20に固設され、上方に向けて延びる案内柱12と、下型20の上方に位置し、案内柱12により案内されることで上下降可能に設けられた上型30とを備えている。下型20は金属材料よりなり、中央部が上方に突出された加熱部21を有しており、加熱部21には電熱線22が内蔵されている。上型30は金属材料よりなり、中央部が下方に突出された加熱部31を有しており、加熱部31には電熱線32が内蔵されている。
図6に示すように、シート部材40は、フッ素ゴムなどの耐熱性のゴム材料よりなる一対のゴムシート41と、一対のゴムシート41の間に接着されたガラス繊維よりなる補強クロス42と、を有している。
図5(a)に示すように、熱圧着に際しては、まず、熱圧着装置10における支持部材27の支持面27a上にワーク50が載置される(第2工程)。なお、シート部材40とワーク50との間に、必要に応じて離型紙を配置してもよい。
上型30のシート部材40の下面と下型20のシート部材40の上面との間においてこれらシート部材40から離間された位置にワーク50が載置され、その状態からワーク50が加圧されるとともに加熱される。このため、ワーク50が加圧される前に、下型20のシート部材40の上面にワーク50が当接することはなく、シート部材40からの受熱によってワーク50の温度が上昇して結合材53が硬化することを抑制することができる。このように、結合材53が硬化する前にワーク50を加圧することによって、結合材53の間を第1充填材54及び第2充填材56が移動しやすくなる。従って、第1充填材54を、基材51の酸化被膜51bを貫通させて基材本体51aに接触させるとともに、第1充填材54と第2充填材56とを互いに接触させることができる。すなわち、基材51と第1充填材54との界面や、第1充填材54と第2充填材56との界面に結合材53の層が形成されることを抑制することができる。
(1)第1セパレータ92の製造方法は、基材51の表面に、熱硬化性樹脂よりなる結合材53と第1充填材54とを含む第1の塗料を塗布して第1の層52を形成し、第1の層52の表面に第1充填材54よりも硬度が低い第2充填材56を含む第2の塗料を塗布して第2の層55を形成することによりワーク50を形成する第1工程を備える。また、上記製造方法は、熱圧着装置10の上型30の加熱部31に設けられたシート部材40の下面と下型20の加熱部21に設けられたシート部材40の上面との間においてこれらシート部材40から離間された位置にワーク50を載置する第2工程を備える。また、上記製造方法は、上型30のシート部材40の下面と下型20のシート部材40の上面とによりワーク50を挟圧しつつ加熱する第3工程と、を備える。
こうした構成によれば、下型20のシート部材40の上面からワーク50が離間されている位置と、同シート部材40の上面にワーク50が当接されている位置との間において、支持部材27を変位させることがばね28によって容易にできる。
各加熱部の加圧面が金属板などの剛体によって形成されている場合には、各加熱部の加圧面によってワーク50が挟圧されると、ワーク50が塑性変形するおそれがある。
・上記実施形態では、熱圧着装置10の上型30を上昇させてワーク50を取り出すに先立ち、電熱線22,32への電流の供給を停止するようにした。これに代えて、電熱線22,32への電流の供給を停止しないようにすることもできる。また、上記実施形態では、上型30のシート部材40と下型20のシート部材40とによってワーク50を加圧した状態で、電熱線22,32に電流を供給してワーク50を加熱するようにした。これに代えて、電熱線22,32に電流が供給されている状態で、ワーク50を加圧するようにしてもよい。
・窒化チタンに代えて炭化チタンなどの他の導電性材料を第1充填材として用いることもできる。
・ゴムシート41をシリコンゴムなどの他の耐熱性のゴム材料によって形成することもできる。
・ワーク50に塑性変形が生じないのであれば、シート部材40を省略することもできる。
Claims (7)
- 金属材料よりなる基材の表面に、熱硬化性樹脂よりなる結合材と前記基材の被膜よりも硬度が高く、且つ導電性を有する第1充填材とを含む第1の層を形成し、同第1の層の表面に前記第1充填材よりも硬度が低く、且つ導電性を有する第2充填材を含む第2の層を形成してワークを形成する第1工程と、
熱圧着装置の上型の加熱部の下面と下型の加熱部の上面との間においてこれら加熱部から離間された位置に前記ワークを載置する第2工程と、
前記上型の加熱部の下面と前記下型の加熱部の上面とにより前記ワークを挟圧しつつ加熱する第3工程と、を備える、
燃料電池のセパレータの製造方法。 - 前記上型の加熱部の下面及び前記下型の加熱部の上面の少なくとも一方には、耐熱性の弾性材料よりなるシート部材が設けられている、
請求項1に記載の燃料電池のセパレータの製造方法。 - 加熱部をそれぞれ有する上型及び下型を備え、前記上型の加熱部の下面と前記下型の加熱部の上面とによりワークを挟圧しつつ加熱することにより同ワークの表面処理を行なう熱圧着装置であって、
前記上型の加熱部の下面と前記下型の加熱部の上面との間においてこれら加熱部から離間された位置で前記ワークを支持可能な支持部材が設けられている、
熱圧着装置。 - 前記支持部材は、前記下型の加熱部を挟んで複数設けられ、
前記下型には、前記支持部材を上方に向けて付勢する付勢部材が設けられている、
請求項3に記載の熱圧着装置。 - 前記上型の加熱部の下面及び前記下型の加熱部の上面の少なくとも一方には、耐熱性の弾性材料よりなるシート部材が設けられている、
請求項3又は請求項4に記載の熱圧着装置。 - 前記シート部材は、耐熱性のゴムシートと、前記ゴムシートに設けられて同ゴムシートの加圧面に沿った方向への同ゴムシートの伸びを規制する規制部材と、を有している、
請求項5に記載の熱圧着装置。 - 前記上型の加熱部及び前記下型の加熱部の少なくとも一方には、前記シート部材の周縁に当接して同シート部材の加圧面に沿った方向への同シート部材の伸びを規制する規制壁が形成されている、
請求項5又は請求項6に記載の熱圧着装置。
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