JP2014203553A

JP2014203553A - プレート一体ガスケットの製造方法

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Publication number: JP2014203553A
Application number: JP2013076529A
Authority: JP
Inventors: 林　隆浩; Takahiro Hayashi; 隆浩林
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2014-10-27
Anticipated expiration: 2033-04-02
Also published as: JP6151065B2

Abstract

【課題】柔軟なプレート１の周縁部の両面にガスケット本体を一体成形する際に、成形用ゴム材料の圧力によるプレート１の変形を有効に防止し得るプレート一体ガスケットの製造方法を提供する。【解決手段】プレート１の周縁部を厚さ方向両側から覆うホルダ３を前記周縁部に任意の間隔で取り付ける工程と、プレート１をホルダ３と共に金型４内にセットすることによりホルダ３を介してプレート１をキャビティ４３内に支持する工程と、キャビティ４３内に成形用ゴム材料を充填して前記プレート１及びホルダ３と一体のガスケット本体を成形する工程と、からなることを特徴とするプレート一体ガスケットの製造方法である。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば燃料電池セルを構成するセパレータなどのプレートの周縁部にガスケット本体が一体に設けられたプレート一体ガスケットを製造する方法に関するものである。

燃料電池は、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜電極複合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の厚さ方向両側にガス拡散層を配置し、これにセパレータを積層して燃料電池セルとし、さらにこの燃料電池セルを多数積層したスタック構造となっている。そして酸化ガス（空気）が、各セパレータの一方の面に形成された酸化ガス流路から、一方のガス拡散層を介して膜電極複合体のカソード側に供給され、燃料ガス（水素）が、各セパレータの他方の面に形成された燃料ガス流路から、他方のガス拡散層を介して膜電極複合体のアノード側に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。

この種の燃料電池は、各燃料電池セルに、燃料ガスや酸化ガス、上述の電気化学反応により生成された水や、余剰空気等をシールするためのプレート一体ガスケット１００が用いられる。そして図９及び図１０に示すように、このプレート一体ガスケット１００は、金属製セパレータなどのプレート１０１の周縁部にゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるガスケット本体１０２を一体に設けたものであって、厚さ方向両面に山形に隆起形成されたシールリップ１０２ａを有する。

しかしながら、プレート１０１が金属製セパレータなどである場合は、このプレート１０１は薄く柔軟であるため、その周縁部１０１ａにガスケット本体１０２を一体成形する際に、図１１に示すように、液状ゴム材料の流入圧力等によって、ガスケット本体１０２内で前記周縁部１０１ａが曲げ変形されてしまうおそれがあり、最悪の場合は、変形したプレート１０１の一部がガスケット本体１０２から露出する不具合も生じ、ガスケット本体１０２の密封性が損なわれるおそれがあった。

そこで、このような射出圧力等によるプレート１０１の変形を防止するための方法としては、まず図１２に示すように、プレート１０１の周縁部１０１ａに、一側のガスケット本体１０２Ａを射出成形し、次に図１３に示すように、他側のガスケット本体１０２Ｂを射出成形することが有効である。

しかしながらこの方法では、成形を２回に分けて行うためにコストアップとなるばかりか、一側のガスケット本体１０２Ａを成形したプレート１０１を、別の金型にセットする必要があるので、図１４に示すように、位置決め時のガタによって寸法精度が悪化して、両側のガスケット本体１０２Ａ，１０２Ｂに互いに位置ずれδを生じてしまったり、さらに、金型のパーティング面に沿って、図１３に示すように、薄バリ１０３を生じてしまったりするおそれがある。

また、金型にセットしたプレート１０１の周縁部１０１ａを金型に設けた押さえ突起などで挟持することによって、プレート１０１の周縁部１０１ａの変形を防止しつつ両側のガスケット本体１０２Ａ，１０２Ｂを同時に成形することも可能である（特許文献１参照）。

しかしながら、このような方法で成形されたプレート一体ガスケット１００は、図１５に示すように、押さえ突起により形成される穴状の成形痕１０４においてプレート１０１の一部が露出してしまうため、絶縁性を求められるような用途では採用することができず、また、露出部が腐食するおそれがあり、さらには金型の構造が複雑になって金型コストが高価になるといった問題がある。

そこで、予めゴムや合成樹脂によってプレート保持用の成形物をプレート１０１の全周に一体成形することも考えられる（目的は異なるが、類似技術として特許文献２参照）が、この場合はプレート保持用の成形物の内周にガスケット本体を成形する際のゲートやベントを設けることができず、しかも製品の仕様毎にプレート保持用の成形物を成形するための金型が必要になり、生産性や生産コストに問題がある。

特許４３９４９３５号公報特許４４８２４１４号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、柔軟なプレートの周縁部の両面にガスケット本体を一体成形する際に、成形用ゴム材料の成形圧力によるプレートの変形を有効に防止し得るプレート一体ガスケットの製造方法を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法は、プレートの周縁部を厚さ方向両側から覆うホルダを前記周縁部に任意の間隔で取り付ける工程と、前記プレートを前記ホルダと共に金型内にセットすることにより前記ホルダを介して前記プレートをガスケット成形用キャビティ内に支持する工程と、前記ガスケット成形用キャビティ内に成形用ゴム材料を充填して前記プレート及びホルダと一体のガスケット本体を成形する工程と、からなるものである。

請求項２の発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法は、請求項１に記載の製造方法において、ホルダがゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）又はゴム状弾性のない合成樹脂材料からなり電気絶縁性を有するものである。

請求項３の発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法は、請求項１又は２に記載の製造方法において、プレートの周縁部とホルダに、互いに係止可能な係止手段が形成されたものである。

本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法によれば、プレートの周縁部がホルダによってガスケット成形用キャビティ内に支持されるので、成形用ゴム材料の射出圧力等によるプレートの周縁部の曲げ変形が防止され、このため両側のガスケット本体を同時に成形することができ、しかも前記ホルダは、プレートの周縁部に任意の間隔で取り付けられるため、汎用のものとすることができ、したがって低コストで製造することができる。

また、ホルダがゴム又は合成樹脂からなるものとすれば、ガスケット本体との接合性が良く、プレートの周縁部とホルダに、互いに係止可能な係止手段を形成すれば、プレートの周縁部にいったん取り付けたホルダが金型へのセッティング時に容易に脱落したり、プレートの周縁部がガスケット成形用キャビティ内で成形用ゴム材料の流入圧力を受けて容易に離脱したりしないようにすることができる。

本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法により製造されたプレート一体ガスケットの一例を示す平面図である。図１におけるＡ−Ａ’断面図である。図１におけるＡ−Ａ’断面斜視図である。本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の実施の形態において、プレートの周縁部にホルダを取り付けた状態を示す断面図である。本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の実施の形態において、プレートの周縁部にホルダを取り付けた状態を示す断面斜視図である。本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の実施の形態において、ホルダを取り付けたプレートを金型内にセットした状態を示す断面図である。本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法における他の実施の形態を示す部分平面図である。本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法におけるさらに他の実施の形態を示す部分平面図である。従来の製造方法により製造されたプレート一体ガスケットの一例を示す平面図である。図９におけるＡ−Ａ’断面図である。ガスケット本体内でプレートの周縁部に変形を生じた例を示す断面図である。ガスケット本体の成形を２回に分けて行う従来の製造方法において、プレートの周縁部の一側にガスケット本体を成形した状態を示す断面図である。ガスケット本体の成形を２回に分けて行う従来の製造方法において、プレートの周縁部の他側にもガスケット本体を成形した状態を示す断面図である。ガスケット本体の成形を２回に分けて行う従来の製造方法において、両側のガスケット本体に互いに位置ずれを生じた状態を示す断面図である。ガスケット本体の成形を２回に分けて行う従来の製造方法において、薄バリを生じた状態を示す断面図である。

以下、本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図３は、本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法により製造されたプレート一体ガスケットの一例を示すもので、参照符号１は燃料電池セルを構成する金属製のセパレータなどの柔軟なプレート、参照符号２はプレート１の外周縁部及びプレート１の開口１ａの内周縁部に一体成形されたガスケット本体、参照符号３はプレート１の周縁部に取り付けられると共にガスケット本体２と一体化されたホルダである。

ガスケット本体２は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されたものであって、図２及び図３に示すように、プレート１の周縁部に、この周縁部を断面コ字形に囲むように接合された板状の基部２１と、その厚さ方向両側から山形に隆起したシールリップ２２，２２からなる。

ホルダ３は、ゴム状弾性材料又はゴム状弾性のない合成樹脂材料からなる電気絶縁性の材料で断面コ字形の棒状に成形されたものであって、図２及び図３に示すように、厚さ方向中間部の溝３１がプレート１の周縁部に嵌め込まれることによって、厚さ方向両側から覆うように前記周縁部に任意の間隔で複数取り付けられると共に、ガスケット本体２のシールリップ２２，２２より外周側で、ガスケット本体２の基部２１の一部をなすようにして、この基部２１に一体化されている。なお、溝３１はプレート１の周縁部に対して僅かに締め代を有する。

上記構成を備えるプレート一体ガスケットは、例えば燃料電池セルを構成する積層部品として用いられ、ガスケット本体２におけるシールリップ２２，２２が、適当に圧縮された状態で他の積層部品と密接されることによって、燃料電池セルに供給される燃料ガスや酸化ガス、電気化学反応により生成される水、あるいは余剰空気などに対するシール機能を奏するものである。

そしてこのプレート一体ガスケットの製造においては、図４及び図５に示すように、まずプレート１の周縁部に、複数のホルダ３を、このホルダ３に形成された溝３１を嵌め込んでいくことによって、適当な間隔で取り付ける。

次に、ホルダ３が取り付けられたプレート１を、図６に示すようなガスケット成形用の金型４にセットする。金型４は、互いに衝合・分離される分割型４１，４２を有し、その対向面間には、プレート１を型締めによって挟持可能な挟持面４１ａ，４２ａが形成されると共に、その外側に、プレート１の外周縁部及びホルダ３との間でガスケット成形用キャビティ４３が画成され、その外側に、ホルダ３を型締めによって挟持可能な挟持面４１ｂ，４２ｂが形成され、さらにその外側に、互いの衝合面４１ｃ，４２ｃが形成されるようになっている。

ガスケット成形用キャビティ４３は、図２及び図３に示すガスケット本体２と対応する形状であって、図６ではホルダ３によってプレート１の厚さ方向両側の空間４３ａ，４３ｂに分離しているように見えるが、ホルダ３が取り付けられていない部分を介して、プレート１の厚さ方向両側の空間４３ａ，４３ｂは連続したガスケット成形用キャビティ４３となっているものである。

そして、ホルダ３が取り付けられたプレート１を金型４にセットしたら、分割型４１，４２を型締めすることによって、プレート１が、ガスケット成形用キャビティ４３の内周側で分割型４１，４２の挟持面４１ａ，４２ａ間に挟持されると共に、ガスケット成形用キャビティ４３内に位置するプレート１の周縁部に取り付けられたホルダ３が分割型４１，４２の挟持面４１ｂ，４２ｂ間に挟持され、言い換えればプレート１の周縁部が、ホルダ３を介してガスケット成形用キャビティ４３内に支持され、衝合面４１ｃ，４２ｃにおいて分割型４１，４２同士が密接衝合される。

次に、分割型４１に開設された不図示のランナ及びゲートを介して、ガスケット成形用キャビティ４３へ液状ゴムからなる未加硫の成形用ゴム材料を射出・充填する。ガスケット成形用キャビティ４３のうちプレート１の一側の空間４３ａに前記ゲートから流入した液状ゴムは、ホルダ３，３，・・・の間の部分でプレート１の周縁部を廻り込んでプレート１の他側の空間４３ｂにも充填される。このとき、液状ゴムの射出圧力等によって、プレート１の周縁部には曲げ変形力が作用するが、プレート１の周縁部は適当な間隔で取り付けられたホルダ３，３，・・・によって支持されているため、曲げ変形が有効に防止される。そして、ガスケット成形用キャビティ４３内で液状ゴムが架橋硬化することによって、先に説明した図２及び図３に示すようにプレート１及びホルダ３と一体化されたガスケット本体２が成形される。

このようにして製造されたプレート一体ガスケットは、ガスケット本体２内のプレート１の周縁部が平面状に保持されているため、ガスケット本体２の良好な密封性が確保される。

また、プレート１の周縁部に連続したホルダを設ける場合は、プレート１（ガスケット本体２）の形状やサイズごとに、ホルダを成形するための金型も新たに製作する必要があるが、図示のホルダ３はプレート１の周縁部に任意の間隔で取り付けるものであるため汎用性があり、プレート１（ガスケット本体２）の形状やサイズなどの変更があっても共用可能である。

さらに、ゴム状弾性材料からなるガスケット本体２は電気絶縁性を有するものであることはもちろんであるが、ホルダ３も電気絶縁性の材料からなるものであるため、電気絶縁性を確保することができる。

ホルダ３によるプレート１の周縁部の支持力を向上させて液状ゴムの射出圧力等によるプレート１の周縁部の曲げ変形を一層確実に防止する方法としては、図７又は図８に示すように、プレート１の周縁部とホルダ３に、互いに係止可能な係止手段を形成することが有効である。

このうち図７は、互いに係止可能な係止手段として、プレート１の周縁部にアリ継ぎ形状の多数の凹凸１１,１２を形成すると共に、ホルダ３の溝３１の内側面に、プレート１の周縁部の凹凸１１,１２と対応する形状の複数の凹凸３２,３３を形成したものである。すなわちプレート１側の凸部１１の先端の幅ｗ_１１はホルダ３側の凹部３２の入り口の幅ｗ_３２より僅かに大きく、言い換えれば、ホルダ３側の凸部３３の先端の幅はプレート１側の凹部１２の入り口の幅より僅かに大きいものとなっている。

すなわち、図７に示す実施の形態によれば、プレート１の周縁部にホルダ３の溝３１を嵌め込んでいく際に、ホルダ３の溝３１を開くようにしながら、この溝３１の内側面に形成された凹凸３２,３３を、プレート１の周縁部に形成された凹凸１１,１２に、互いにアリ継ぎ状に嵌合させることができる。このため、ホルダ３が取り付けられたプレート１を金型４にセットし、ガスケット成形用キャビティ４３へ液状ゴムを射出・充填したときに、この液状ゴムの圧力等によってプレート１の周縁部がホルダ３の溝３１から容易に脱落してしまうことがなく、確実に支持される。

また図８は、互いに係止可能な係止手段として、プレート１の周縁部に沿って、所定の間隔で嵌合穴１３を形成すると共に、ホルダ３の溝３１の内側面に、プレート１の嵌合穴１３と対応する複数の嵌合突起３４を形成したものである。

すなわち、図８に示す実施の形態によれば、プレート１の周縁部にホルダ３の溝３１を嵌め込んでいく際に、ホルダ３の溝３１を開くようにしながら、この溝３１の内側面に形成された嵌合突起３４を、プレート１の周縁部に沿って形成された嵌合穴１３を係合させることができる。したがってこの場合も、ホルダ３が取り付けられたプレート１を金型４にセットし、ガスケット成形用キャビティ４３へ液状ゴムを射出・充填したときに、この液状ゴムの圧力等によってプレート１の周縁部がホルダ３の溝３１から容易に脱落してしまうことがなく、確実に支持される。

１プレート
１１,１２凹凸（係止手段）
１３嵌合穴（係止手段）
２ガスケット本体
２１基部
２２シールリップ
３ホルダ
３１溝
３２,３３凹凸（係止手段）
３４嵌合突起（係止手段）
４金型
４３ガスケット成形用キャビティ

Claims

プレートの周縁部を厚さ方向両側から覆うホルダを前記周縁部に任意の間隔で取り付ける工程と、前記プレートを前記ホルダと共に金型内にセットすることにより前記ホルダを介して前記プレートをガスケット成形用キャビティ内に支持する工程と、前記ガスケット成形用キャビティ内に成形用ゴム材料を充填して前記プレート及びホルダと一体のガスケット本体を成形する工程と、からなることを特徴とするプレート一体ガスケットの製造方法。
ホルダがゴム状弾性材料又はゴム状弾性のない合成樹脂材料からなり電気絶縁性を有することを特徴とする請求項１に記載のプレート一体ガスケットの製造方法。
プレートの周縁部とホルダに、互いに係止可能な係止手段が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート一体ガスケットの製造方法。