特許 7505430 セパレータの加工装置および加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】セパレータの加工装置および加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0226 20160101AFI20240618BHJP

   H01M 8/0213 20160101ALI20240618BHJP

   H01M 8/0221 20160101ALI20240618BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240618BHJP

   B29C 43/50 20060101ALN20240618BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0226

H01M8/0213

H01M8/0221

H01M8/10 101

B29C43/50

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021050477

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022148700

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-09-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野畑 安浩

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２３４６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１４３７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７２８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３８２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９９３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６４７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７４４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０５５０９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１０

Ｂ２９Ｃ ４３／５０

Ｂ２９Ｃ ３３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性材料と樹脂材料とからなるシート材を、燃料電池用のセパレータの形状に熱圧成形するセパレータの加工装置であって、
前記加工装置は、前記シート材を、前記セパレータを複数枚平面上に並べた形状の成形体に熱圧成形する装置本体と、前記装置本体に前記シート材をセットするセット治具と、を備えており、
前記装置本体は、前記シート材を挟み込んで、前記成形体に熱圧成形する上型および下型を備えており、
前記セット治具は、前記シート材のうち、前記装置本体により成形される成形領域を露出させる開口部と、前記成形領域の周縁部を拘束する拘束部とが、形成された枠状のセット治具であり、
前記装置本体は、
前記上型および前記下型の間に前記成形領域が配置される位置で、前記セット治具を支持する支持部材と、
前記上型を前記下型から引き離した状態で、前記下型から前記成形体が離間するように、前記支持部材を前記上型に向かって付勢する第１付勢部材と、をさらに備えることを特徴とするセパレータの加工装置。

【請求項2】

前記装置本体は、前記下型および前記上型で前記シート材を挟み込んだ状態から、前記上型を前記下型から引き離した状態となるまでの間に、前記上型から前記成形体が離間するように、前記セット治具を前記下型に向かって付勢する第２付勢部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のセパレータの加工装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のセパレータの加工装置を用いた、セパレータの加工方法であって、
前記シート材の前記成形領域の周縁部が拘束されるように、前記セット治具に、前記シート材を取り付ける工程と、
前記セット治具を、前記支持部材に配置する工程と、
前記下型に対して、前記上型を下降させて、前記成形領域を前記上型と前記下型の間に挟み込み、前記シート材から前記成形体を熱圧成形する工程と、
前記上型を前記下型から引き離す工程と、を少なくとも含むことを特徴とするセパレータの加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池用のセパレータの形状に熱圧成形するセパレータの加工装置および加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の技術として、たとえば、特許文献１には、プレスにより燃料電池用のセパレータを成形する加工装置が提案されている。この加工装置は、導電性材料と樹脂材料とを含むシート材を熱圧成形する一対の成形型を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１２２８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の加工装置で、シート材を熱圧成形した際に、熱圧成形した樹脂シートが、成形型から外れ難いことがある。これにより、シート材から成形された成形体（セパレータ）が過剰に加熱され、得られるセパレータの品質が低下することが想定される。特に、一対の成形型で、セパレータを複数枚平面上に並べた形状に、シート材を熱圧成形しようとした場合、このような現象は、より顕著になる。

【0005】

このような点を鑑みて、本発明は、シート材を、セパレータを複数枚平面上に並べた形状の成形体に熱圧成形する際に、成形体が過剰に加熱されることを抑えることができるセパレータの加工装置および加工方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決すべく、本発明に係るセパレータの加工装置は、導電性材料と樹脂材料とからなるシート材を、燃料電池用のセパレータの形状に熱圧成形するセパレータの加工装置であって、前記加工装置は、前記シート材を、前記セパレータを複数枚平面上に並べた形状の成形体に熱圧成形する装置本体と、前記装置本体に前記シート材をセットするセット治具と、を備えており、前記装置本体は、前記シート材を挟み込んで、前記成形体に熱圧成形する上型および下型を備えており、前記セット治具は、前記シート材のうち、前記装置本体により成形される成形領域を露出させる開口部と、前記成形領域の周縁部を拘束する拘束部とが、形成された枠状のセット治具であり、前記装置本体は、前記上型および前記下型の間に前記成形領域が配置される位置で、前記セット治具を支持する支持部材と、前記上型を前記下型から引き離した状態で、前記下型から前記成形体が離間するように、前記支持部材を前記上型に向かって付勢する第１付勢部材と、をさらに備えることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、シート材の成形領域が露出され、その周縁部が拘束されるように、セット治具に、シート材を取り付け、このセット治具を、上型および下型の間に成形領域が配置される位置で、加工装置の支持部材に支持することができる。この支持状態で、シート材の成形領域に上型および下型を挟み込んで、シート材の成形領域を熱圧成形すると、得られた成形体は、セパレータを複数枚平面上に並べた形状になる。

【0008】

ここで、熱圧成形後に、上型を下型から引き離そうとすると、第１付勢部材で、下型から成形体が離間するように、セット治具が上型に向かって付勢され、セット治具は、下型に対して持ち上げられる。なお、成形後に、上型を下型から引き離すと、シート材を拘束しているセット治具は、自重で上型から離間する。このようにして、成形体を下型から迅速に引き離し、下型からの熱により、成形体が過剰に加熱されることを抑えることができる。この結果、成形体に含まれる樹脂が変質することを抑え、この成形体から得られた打ち抜かれた複数のセパレータは、より均一な品質のセパレータとなる。

【0009】

より好ましい態様としては、前記装置本体は、前記下型および前記上型で前記シート材を挟み込んだ状態から、前記上型を前記下型から引き離した状態となるまでの間に、前記上型から前記成形体が離間するように、前記セット治具を前記下型に向かって付勢する第２付勢部材をさらに備える。

【0010】

この構成によれば、熱圧成形後、上型の上昇に伴って、成形体を下型から第１付勢部材で離間させるとともに、第２付勢部材による付勢により、成形体を上型からより迅速に離間させることができる。これにより、上型および下型からの熱の伝達による成形体の影響を抑え、成形体の適切な温度管理が可能となる。

【0011】

また、本発明として、以下に示すセパレータの加工方法を開示する。本発明に係るセパレータの加工方法は、前記したセパレータの加工装置を用いた、セパレータの加工方法であって、前記シート材の前記成形領域の周縁部が拘束されるように、前記セット治具に、前記シート材を取り付ける工程と、前記セット治具を、前記支持部材に配置する工程と、前記下型に対して、前記上型を下降させて、前記成形領域を前記上型と前記下型の間に挟み込み、前記シート材から前記成形体を熱圧成形する工程と、前記上型を前記下型から引き離す工程と、を少なくとも含む。

【0012】

このように構成されたセパレータの加工方法によれば、上型を前記下型から引き離す工程において、第１付勢部材で、下型から成形体が離間するように、セット治具が上型に向かって付勢される。これにより、成形体を下型から瞬時に離すことができ、下型からの熱により、成形体が過剰に加熱されることを抑えることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、シート材を、セパレータを複数枚平面上に並べた形状の成形体に熱圧成形する際に、成形体が過剰に加熱されることを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】燃料電池用のセパレータを使用する燃料電池セルの平面図である。

【図2】図１に示す燃料電池セルを積層させて構成した燃料電池スタックの要部の拡大断面図である。

【図3】本実施形態に係る燃料電池用のセパレータの加工装置であって、下型に対して上型を上昇させた状態の断面図である。

【図4】図３に示す加工装置において、上型を下降させた熱圧成形時の状態の断面図である。

【図5】上型と下型とセット治具との配置および寸法を示す要部断面図である。

【図6】図３、図４に示す加工装置において、シート材を保持するセット治具を示す分解状態の斜視図である。

【図7】図６に示すセット治具を示し、シート材を保持する前の状態の断面図である。

【図8】セパレータの加工装置における加工方法の工程を示し、シート材をセットした状態のセット治具を搬送する搬送装置の動作を示す平面図である。

【図9】図８に示す搬送装置で搬送されるシート材の各工程を説明するための平面図である。

【図10】セパレータの加工装置の変形例における加工方法を示し、シート材をセットした状態のセット治具を搬送する搬送装置の動作を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本実施形態に係る燃料電池用のセパレータの加工装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。以下では、先ず、燃料電池用のセパレータを備えた燃料電池セルおよび燃料電池スタックの構成の一例を説明し、その後、本開示に係る燃料電池用のセパレータの加工装置および加工方法の実施形態を説明する。

【0016】

１．燃料電池セル（セル５１）とセパレータ５３について
図１は、燃料電池セル（以下、「セル５１」と略称する。）の平面図である。図２は、図１に示すセル５１を積層させて構成した燃料電池スタック（以下、「スタック５０」と略称する。）の要部の拡大断面図である。セル５１は、たとえば、空気などの酸化剤ガスと水素などの燃料ガスとの電気化学反応により起電力を発生する固体高分子型燃料電池である。セル５１は、膜‐電極‐ガス拡散層接合体（以下、「ＭＥＧＡ５２」と略称する。）と、ＭＥＧＡ５２を区画するように、ＭＥＧＡ５２に接触するセパレータ５３とを備えている。

【0017】

ＭＥＧＡ５２は、電気化学反応により起電力を発生するセル５１の発電部である。ＭＥＧＡ５２は、一対のセパレータ５３、５３により挟持されている。ＭＥＧＡ５２は、膜‐電極接合体（以下、「ＭＥＡ５４」と略称する。）と、このＭＥＡ５４の両面に配置されたガス拡散層５７、５７とを一体化させた構成を有している。

【0018】

ＭＥＡ５４は、電解質膜５５と、その電解質膜５５を挟むように接合された一対の電極５６、５６とを有している。電解質膜５５は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜によって構成されている。なお、セル５１がガス拡散層５７を有しない場合には、ＭＥＡ５４がセル５１の発電部となる。

【0019】

電極５６は、たとえば、白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材によって構成される。電解質膜５５の一方側に配置された電極５６がアノードとなり、他方側の電極５６がカソードとなる。スタック５０において隣り合う二つのセル５１は、アノードとなる電極５６とカソードとなる電極５６とを向き合わせて配置されている。

【0020】

ガス拡散層５７は、例えばカーボンペーパ若しくはカーボンクロス等のカーボン多孔質体、または、金属メッシュもしくは発泡金属等の金属多孔質体などのガス透過性を有する導電性部材によって構成される。

【0021】

セパレータ５３は、導電性を有する樹脂製の板状の部材であり、後述する燃料電池用のセパレータ５３の加工装置１（図３等参照）によって製造される。セパレータ５３は、導電性材料と樹脂材料とからなる成形体であり、その他にも添加剤とが含有されていてもよい。セパレータ５３を構成する材料については、セパレータ５３に加工する前のシート材２の説明の際に後述する。

【0022】

セル５１を形成する一対のセパレータ５３は、図１に示すように、流路部６５を有している。流路部６５は、たとえば、図２に示す横断面が波形または凹凸形状を有し、発電部を縦断するように、図１に示すセル５１の長手方向に延びる複数の筋状の流路６１、６３を形成している。なお、図１では、流路６１、６３を有した一方のセパレータ（アノード側のセパレータ）５３側から視たセル５１を示しているが、図２からも明らかなように、他方のセパレータ（カソード側のセパレータ）５３にも、流路６２、６３が形成されている。

【0023】

各セル５１の一対のセパレータ５３、５３のうち、アノード側のセパレータ５３は、ＭＥＧＡ５２との間に燃料ガスの流路６１を画定し、カソード側のセパレータ５３は、ＭＥＧＡ５２との間に酸化剤ガスの流路６２を画定している。また、隣り合う二つのセル５１のうち、一方のセル５１のアノード側のセパレータ５３の外側の面は、他方のセル５１のカソード側のセパレータ５３の外側の面に接している。これにより、隣り合う二つのセル５１の間に、冷媒の流路６３が画定されている。

【0024】

より詳細には、各セパレータ５３の形状は、波形の頂部がほぼ平坦な等脚台形状の波形であり、この頂部の両端に等角度の角部を有する角張った形状である。つまり、各セパレータ５３は、ＭＥＧＡ５２に対向する内側から見てもＭＥＧＡ５２と反対の外側から見ても、ほぼ同じ形状である。各セル５１の一対のセパレータ５３、５３のうち、アノード側のセパレータ５３の波形の頂部は、ＭＥＧＡ５２のアノード側のガス拡散層５７に面接触し、カソード側のセパレータ５３の波形の頂部は、ＭＥＧＡ５２のカソード側のガス拡散層５７に面接触している。

【0025】

各セパレータ５３には、流路６１に連通するマニホールド孔６１ａ、６１ｂと、流路６２に連通するマニホールド孔６２ａ、６２ｂと、流路６３に連通するマニホールド孔６３ａ、６３ｂが形成されている。

【0026】

このような構成により、各セル５１は、ＭＥＧＡ５２のアノード側の流路６１に燃料ガスが供給され、ＭＥＧＡ５２のカソード側の流路６２に酸化剤ガスが供給されると、ＭＥＧＡ５２で電気化学反応が生じて起電力が生じる。スタック５０は、複数のセル５１に生じた起電力を、積層された複数のセル５１の両端で取り出して外部へ供給する。スタック５０において、各セル５１は、発電により熱が生じるが、隣り合うセル５１，５１の間の流路６３を流れる冷却水などの冷媒によって冷却される。

【0027】

２．セパレータ５３の加工装置１について
つぎに、セパレータ５３を熱圧成形する加工装置について詳細に説明する。図３は、本実施形態の燃料電池用のセパレータの加工装置１において、上型２５を上昇させた状態の断面図、図４は、上型２５を下降させた熱圧成形時の状態の断面図、図５は上型２５と下型１５と、支持部材３１と、セット治具５との関係を示す要部断面図である。なお、図３、図４は、一部の構成を明瞭とするため、端面の状態として表している。

【0028】

図３および図４に示すように、本実施形態に係る燃料電池用のセパレータの加工装置１は、被成形物であるシート材２から、セパレータを複数枚平面上に並べた形状の成形体３に熱圧成形する装置である。加工装置１は、下方に設置された下型１５に対して、上方に位置する上型２５を下降させ、下型１５と上型２５との間にシート材２を挟んで押圧し、成形体３を加熱しながらプレス成形する加工装置である。

【0029】

２－１．シート材２について
シート材２は、導電性材料と樹脂材料とからなる導電性を有したシート状の部材である。導電性材料は、導電性粒子、または導電性線材等の形態でシート材２に含まれる。導電性材料としては、鉄、アルミニウムなどの金属、カーボン、導電性セラミックスなどの非金属などを挙げることができる。本実施形態では、シート材２には、カーボン粒子が含有されており、カーボン粒子としては、人造や天然の黒鉛粉末であってもよい。導電性材料は、シート材２の全体に対して、７０～８０体積％含有している。

【0030】

シート材２に含まれる樹脂は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のいずれかである。熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂、またはフッ素系樹脂等を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＡＢＳなどを挙げることができ、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトンなどの結晶性プラスチックなどであってもよい。なお、シート材２が、熱硬化性樹脂の場合には、シート材２の保形性が確保でき、かつ、熱圧成形時の熱により、セパレータ５３の形状で熱硬化の処理が完了するように、熱硬化性樹脂を硬化（半硬化）させてもよい。

【0031】

この加工装置１は、詳細には後述するが、導電性材料と樹脂材料とからなる１枚のシート材２から２枚のセパレータ５３、５３を含む成形体３を熱圧成形するものであるが、成形されるセパレータ５３の枚数は、複数枚であればよく、２枚に限定されるものではない。

【0032】

２－２．装置本体１Ａについて
本実施形態では、加工装置１は、シート材２を、２枚セパレータ５３、５３を複数枚平面上に並べた形状の成形体３に熱圧成形する装置本体１Ａと、装置本体１Ａにシート材をセットするセット治具５と、を備えている。装置本体１Ａは、シート材２を挟み込んで、成形体３に熱圧成形する下型１５および上型２５を備えている。

【0033】

下型１５は、後述する下型ユニット１０の一部を構成し、上型２５は、後述する上型ユニット２０の一部を構成し、下型ユニット１０と上型ユニット２０とに成形装置を構成している。この他にも、装置本体１Ａには、シート材２または成形体３が取り付けられた状態のセット治具５を搬送する搬送装置４０、およびセット治具５に取り付けられた成形体３からセパレータ５３を打ち抜く打ち抜き装置７０等をさらに備えてもよい。

【0034】

下型ユニット１０は、下部セットプレート１１、断熱盤１２、温度調整盤１３、サブセットプレート１４、および下型１５を備えている。下部セットプレート１１、断熱盤１２、温度調整盤１３、サブセットプレート１４、および下型１５は、下からこの順で配置されている。

【0035】

下部セットプレート１１は、図示していない基盤上に設置固定されている。断熱盤１２は、この上に載置された温度調整盤１３から下部セットプレート１１へ向かう熱を、断熱するものであり、たとえば断熱ボード等からなる。温度調整盤１３は、たとえば電気ヒータが内蔵され、サーモスタット等で所定の温度に調整することができる機能を有している。サブセットプレート１４は、温度調整盤１３を下部セットプレート１１とともに挟み込んで、温度調整盤１３をセットする部材であり、下型１５の位置決め用としての役割も果たしている。断熱盤１２、温度調整盤１３、サブセットプレート１４は、ボルト等で下部セットプレート１１に固定されて一体化されている。

【0036】

サブセットプレート１４の上部には、下型１５がボルト等で固定されている。下型１５の表面には、後述する成形体３の一方側の表面形状に応じた成形パターン１５ａが形成されている（図３参照）。下型１５は、入れ子式の金型であり、成形パターン１５ａを含む部分は、後述する枠状のセット治具５内に下方から入り込む。成形パターン１５ａは、燃料電池用のセパレータ５３として必要なガス流路等を形成するための形状である。

【0037】

上型ユニット２０は、下型ユニット１０の上方に配置されており、上部セットプレート２１、断熱盤２２、温度調整盤２３、サブセットプレート２４、および上型２５を備えている。上部セットプレート２１、断熱盤２２、温度調整盤２３、サブセットプレート２４、および上型２５は、上からこの順で配置されている。断熱盤２２、温度調整盤２３、サブセットプレート２４は、ボルト等で上部セットプレート２１に固定されて一体化されている。

【0038】

上部セットプレート２１は、スライド押圧機構（図示せず）により下方に向けてスライドできるように、加工装置１のハウジング（図示せず）に支持されている。断熱盤２２および温度調整盤２３は、下型ユニット１０の断熱盤１２および温度調整盤１３と同様の構成を有している。

【0039】

サブセットプレート２４の下部には、上型２５がボルト等で固定されている。上型２５の表面は、後述する成形体３の他方側の表面形状に応じた成形パターン２５ａが形成されている（図３参照）。上型２５は、入れ子式の金型であり、上型２５の成形パターン２５ａを含む部分は、後述する枠状のセット治具５内に上方から入り込む。成形パターン２５ａは、燃料電池用のセパレータ５３として必要なガス流路等を形成するための形状である。

【0040】

このようして、下型１５は、温度調整盤１３で加熱され、上型２５は、温度調整盤２３で加熱され、これら熱で、シート材２の両面を加熱しながら、下型１５および上型２５で、シート材２の成形領域２ａを挟み込みながら変形させる。これにより、シート材２を成形体３に熱圧成形することができる。温度調整盤１３から発生された熱は、断熱盤１２で下部セットプレート１１への伝熱が抑制され、温度調整盤２３から発生された熱は、断熱盤２２で上部セットプレート２１への伝熱が抑制される。

【0041】

２－３．セット治具５について
セット治具５は、図５に示すように、シート材２のうち、装置本体１Ａにより成形される成形領域２ａを露出させる開口部５ａと、成形領域２ａの周縁部２ｂを拘束する拘束部５ｂとが、形成された枠体のセット治具である。成形領域２ａは、開口部５ａの寸法より小さく設定されており、開口部５ａは、熱圧成形時に、下型１５および上型２５の一部が入り込むことが可能な大きさおよび寸法を有している。

【0042】

セット治具５は、図６および図７に示すように、下枠体６と上枠体７とから構成され、下枠体６と上枠体７とは、複数のボルト（固定具）８で連結されて一体となっている。下枠体６および上枠体７には、ネジ穴８ｂおよび貫通孔８ａが形成されており、ボルト８は、貫通孔８ａを通してネジ穴８ｂに締結される。セット治具５の下枠体６および上枠体７は、外形が長方形である。下枠体６の中央には、セパレータ５３、５３（具体的には成形領域２ａ、２ａ）の大きさに応じた２つの開口部６ａ、６ａが形成されている。上枠体７の中央にも、セパレータ５３、５３（具体的には成形領域２ａ、２ａ）の大きさに応じた２つの開口部７ａ、７ａが形成されている。開口部６ａと開口部７ａとか重なるように、下枠体６と上枠体７と一体化することにより、セット治具５には、開口部５ａが形成される。

【0043】

本実施形態では、下枠体６と上枠体７との一体化において、下枠体６の開口部６ａを形成する周縁部６ｂと、上枠体７の開口部７ａを形成する周縁部７ｂとを重ね合わせることにより、シート材２の成形領域２ａの周縁部２ｂを拘束する拘束部５ｂが形成される。本実施形態では、各周縁部６ｂ（７ｂ）は、それぞれに形成された２つの開口部６ａ、６ａ（７ａ、７ａ）の全体を囲む外枠部６ｃ（７ｃ）と、２つの成形領域２ａを区画するように、仕切り部６ｄ（７ｄ）が設けられている。

【0044】

このようにして、仕切り部６ｄ、７ｄ同士も、周縁部２ｂを拘束する拘束部５ｂとなり、シート材２の２つの成形領域２ａのそれぞれを拘束部５ｂでより確実に拘束することができる。なお、図示はしないが、下型１５および上型２５は、熱圧成形時には、これらの仕切り部６ｄ、７ｄを逃がすような溝部が形成されている。成形領域２ａを拘束することができるのであれば、これらの仕切り部６ｄ、７ｄは、省略されていてもよい。

【0045】

ここで、本実施形態では、下枠体６の外枠部６ｃには、図６および図７に示されるように、シート材２の周縁部を落とし込むように凹んだ凹溝６ｅが形成されており、上枠体７の外枠部７ｃには、凹溝６ｅに係合する凸条７ｅが形成されている。シート材２の周縁部を介して、凹溝６ｅと凸条７ｅとを係合させることにより、シート材２の成形領域２ａの周縁部２ｂを拘束することができる。

【0046】

なお、図６および図７に示すように、本実施形態では、下枠体６に凹溝６ｅを設け、上枠体７に凸条７ｅを設けたが、下枠体に凸条を設け、上枠体に凹溝を設けてもよい。

【0047】

２－４．セット治具５の引き離し機構３０と位置決めについて
本実施形態では、図４に示すように、装置本体１Ａは、セット治具５を下型ユニット１０および上型ユニット２０から引き離す引き離し機構３０をさらに備えている。本実施形態では、装置本体１Ａの下型ユニット１０には、支持部材３１と第１付勢部材３２とを備えており、上型ユニット２０には、押し下げ部材３３と第２付勢部材３４とを備えている。

【0048】

支持部材３１は、上型２５および下型１５の間に成形領域２ａが配置される位置で、セット治具５を支持する部材であり、本実施形態では、支持部材３１は、セット治具５の下枠体６に当接している。第１付勢部材３２は、上型２５を下型１５から引き離した状態で、下型１５から成形体３が離間するように、支持部材３１を上型２５に向かって付勢している。

【0049】

本実施形態では、図６に示すように、支持部材３１は、下型１５が入り込む開口部３１ｂを有し、下枠体６に当接する枠部材である。しかしながら、下枠体６に当接し、セット治具５を支持することができるのであれば、支持部材３１は、複数の部材で構成されていてもよい。第１付勢部材３２は、サブセットプレート１４と支持部材３１とに連結され、支持部材３１の下面に沿って、複数配置されている。第１付勢部材３２としては、弾性バネまたは弾性ゴムなど、支持部材３１を上型２５に向かって付勢することができるものであれば、特に限定されるものではない。

【0050】

本実施形態では、図３に示すように、第１付勢部材３２は、セット治具５を支持部材３１が支持した状態で、下型１５とシート材２（成形領域２ａ）との間に隙間ｄ１が形成されるように、支持部材３１を支持している。

【0051】

本実施形態では、加工装置１の装置本体１Ａは、上型２５および下型１５の間に、２つのコーナーガイド１６、１６を備えている。本実施形態では、２つのコーナーガイド１６、１６は、矩形状の枠体である支持部材３１の四隅のうち対角に位置する２つの隅部を、上下方向に沿って案内する部材である。本実施形態では、各コーナーガイド１６は、サブセットプレート１４に立設されている。

【0052】

図３に示すように、支持部材３１は、熱圧成形時には、上型ユニット２０により下方に沈み込むため、コーナーガイド１６により、セット治具５は、上下方向に安定して移動可能となる。さらに、本実施形態では、２つのコーナーガイド１６、１６が、矩形状の枠体である支持部材３１の四隅のうち対角に位置する２つの隅部を、上下方向に案内するため、図３に示すように、下型１５と、枠状の支持部材３１との隙間ｄ２を安定して確保することができる。なお、本実施形態では、コーナーガイド１６が、支持部材３１の上下方向の移動を案内し、かつ、下型１５と、支持部材３１との隙間ｄ２を確保することができるのであれば、その個数は限定されるものではない。

【0053】

さらに、押し下げ部材３３は、熱圧成形時に、セット治具５の上枠体７が当接している状態から、セット治具５を押し下げる部材である。第２付勢部材３４は、下型１５および上型２５でシート材２を挟み込んだ状態（すなわち、図４に示す成形体３を成形した状態）から、図３に示す上型２５を下型１５から引き離した状態となるまでの間に、上型２５から成形体３が離間するように、セット治具５を下型１５に向かって付勢する。

【0054】

これにより、熱圧成形後、図４に示す状態から、上型２５の上昇に伴って、成形体３を下型１５から第１付勢部材３２で離間させるとともに、第２付勢部材３４による付勢により、成形体３を上型２５からより迅速に離間させることができる。これにより、上型２５および下型１５からの熱の伝達による成形体３の影響を抑え、成形体３の適切な温度管理が可能となる。なお、成形後に上型２５を上昇させると、セット治具５は自重で下降するため、第２付勢部材３４は必ずしも必要でない。

【0055】

さらに、加工装置１の装置本体１Ａは、上型２５および下型１５の間に、シート材２の成形領域２ａが配置されるように、２つのガイドシャフト１７、１７を備えている。ガイドシャフト１７、１７は、セット治具５の位置決め用の部材であり、サブセットプレート１４に立設されている。しかしながら、２つのガイドシャフト１７、１７により、セット治具５の位置決めができるのであれば、ガイドシャフト１７、１７は、支持部材３１に、立設されていてもよい。本実施形態では、２つのガイドシャフト１７、１７は、矩形状の外形を有した支持部材３１に対して、２つのコーナーガイド１６、１６とは異なる対角に設けられているが、これらが同じ対角に設けられていてもよい。

【0056】

本実施形態では、支持部材３１には、各ガイドシャフト１７を挿通する貫通孔３１ａが、四隅のうち対角の位置する隅部に形成されており、ガイドシャフト１７は、貫通孔３１ａに挿通された状態で、支持部材３１の上面から突出している。ガイドシャフト１７のうち、支持部材３１の上面から突出た部分に、セット治具５に形成された貫通孔１７ａを挿通することにより、装置本体１Ａに対して、セット治具５の位置決めを行うことができる。なお、ガイドシャフト１７に対して、支持部材３１およびセット治具５が上下方向に摺動可能なように、ガイドシャフト１７は、貫通孔１７ａ、３１ａに挿通されている。

【0057】

前記のように構成された本実施形態の加工装置１の作用について、図３、図４および図８、図９を参照して説明する。図８は、セパレータの加工装置における加工方法の工程を示し、シート材をセットした状態のセット治具を搬送する搬送装置の動作を示す平面図である。図９は、熱圧成形前のシート材２、熱圧成形後の成形体３、および打ち抜き加工後のセパレータ５３を示した図である。

【0058】

図７および図８において、シート材２を、燃料電池用のセパレータ５３、５３の形状に熱圧成形するときは、シート材２の成形領域２ａの周縁部２ｂが拘束されるように、シート材２をセット治具５にセットする（シート材を取り付ける工程）。

【0059】

具体的には、図７に示すように、下枠体６の凹溝６ｅにシート材２を落とし込み、シート材２を介して、上枠体７の凸条７ｅを下枠体６の凹溝６ｅに係合させ、ボルト８で下枠体６と上枠体７とを連結固定する。これにより、図５に示すように、シート材２は、凹溝６ｅと凸条７ｅで拘束され、平坦な状態で保持される。

【0060】

具体的には、図８および図９に示すように、シート材２の成形領域２ａは、セット治具５の開口部５ａから露出し、成形領域２ａの周りの周縁部２ｂは、拘束部５ｂにより拘束される。本実施形態では、加工装置１は、搬送装置４０を備えており、シート材２を取り付けたセット治具５は、搬送装置４０の２本のレール４１、４１上に移動可能に装着されたキャリア４２、４２で支持される。

【0061】

本実施形態では、搬送装置４０のキャリア４２、４２で、セット治具５は搬送され、装置本体１Ａの下型１５と上型２５との間において、支持部材３１に配置される（セット治具配置工程）。具体的には、図６に示すように、装置本体１Ａに固定されたガイドシャフト１７、１７に、セット治具５の貫通孔１７ａ、１７ａを挿通する。

【0062】

このようにして、セット治具５の位置決めを行うと、熱圧成形時に、下型１５と上型２５により、シート材２の成形領域２ａをより正確に成形することができ、セット治具５が沈み込んだとしても、コーナーガイド１６、１６と機械的に干渉して移動不能になることを防止できる。

【0063】

セット治具５は、下型１５と上型２５との間に配置された後、キャリア４２、４２が後退し、セット治具５は、キャリア４２、４２から解放され、フリーの状態となる。すなわち、本実施形態では、支持部材３１は、第１付勢部材３２により上方に付勢されているので、セット治具５に保持されたシート材２は、下型１５と隙間ｄ１を開けた状態で支持される（図３参照）。

【0064】

次に、下型１５に対して上型２５を下降させて、成形領域２ａを上型２５と下型１５の間に挟み込み、シート材２から成形体３を熱圧成形する（図４参照）。下型１５および上型２５は、温度調整盤１３、２３により所定の温度に設定されている。本実施形態では、上型２５を下降させると、押し下げ部材３３はセット治具５の上枠体７に当接し、第２付勢部材３４が圧縮されて、押し下げ部材３３は上方に退避する。

【0065】

一方、上型２５の下降に伴い、上型２５の成形パターン２５ａがシート材２の上面に接触し、セット治具５とともにシート材２を下降させ、シート材２の下面と下型１５の成形パターン１５ａと接触し、さらなる下降によりシート材２を、成形体３に熱圧成形する（熱圧成形工程）。これにより、図９の右上の図に示すように、１枚のシート材２から、２つのセパレータ５３、５３の形状を有した成形体３を熱圧成形することができる。

【0066】

所定の成形時間が経過後、上型２５を上昇させると、支持部材３１が、第１付勢部材３２の付勢力(弾性力）でセット治具５を押し上げ、下型１５の成形パターン１５ａと成形体３は瞬時に離間する。一方、上型２５の上昇で、押し下げ部材３３が、第２付勢部材３４の付勢力(弾性力）でセット治具５を押し下げるため、上型２５の成形パターン２５ａと成形体３も瞬時に離間する（引き離し工程）。

【0067】

このように、シート材２を、セパレータ５３、５３を複数枚平面上に並べた形状の成形体３に熱圧成形する際に、成形体３が過剰に加熱されることを抑えることができる。このため、たとえば熱硬化性樹脂を含むシート材２の場合には、熱硬化の状態を均一にでき、均一な硬化状態の成形パターンの成形体３を得ることができる。一方、熱可塑性樹脂を含むシート材２の場合には、熱圧成形時の軟化後、速やかに放冷されるため、成形体３の形状を安定させることができる。

【0068】

下型１５からシート材２を引き離す際に、熱圧成形時の残渣等が発生することがあるが、発生した残渣を、下型１５と支持部材３１との間の全周にわたる隙間ｄ２に落とし込むことも可能である。また、この隙間ｄ２をある程度確保すれば、熱圧成形時にシート材２の一部が、隙間ｄ２に流動したとしても、支持部材３１と下型１５との噛み込みを抑えることができる。

【0069】

上型２５を下型１５から引き離す引き離し工程のあと、キャリア４２、４２でセット治具５を保持し、キャリア４２、４２で、セット治具５を打ち抜き装置７０まで移動する（図１０参照）。この位置で、図９の右下図に示すように、１枚の成形体３から２枚のセパレータ５３、５３が打抜き加工される（打抜き工程）。

【0070】

なお、本実施形態では、矩形状のセパレータ５３を、セパレータ５３の短手方向に沿って、複数枚平面上に並べた形状の成形体３が成形されるように、セット治具５に開口部５ａを設けた。しかしながら、図１０に示すように、矩形状のセパレータ５３を、セパレータ５３の長手方向に沿って、複数枚平面上に並べた形状の成形体３が成形されるように、セット治具５に開口部５ａを設けてもよい。これにより、搬送方向に沿った搬送装置４０のライン長さを短くすることができる。

【0071】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、セット治具では、２つのセパレータを保持する例を示したが、３つ以上のセパレータを保持するものでもよい。

【符号の説明】

【0072】

１：加工装置、１Ａ：装置本体、２：シート材、２ａ：成形領域、５３：セパレータ、５：セット治具、５ａ：開口部、５ｂ：拘束部、１５：下型、２５：上型、３２：第１付勢部材、３４：第２付勢部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】