JP2017024390A

JP2017024390A - フレーム付きプレートの製造方法

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Publication number: JP2017024390A
Application number: JP2016043271A
Authority: JP
Inventors: 民雄稲村; Tamio Inamura; 後藤　修平; Shuhei Goto; 修平後藤; 章仁儀賀; Akihito Giga; 賢小山; Ken Oyama
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Nok Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Nok Corp
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2036-03-07
Also published as: JP6737607B2

Abstract

【課題】金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形したフレーム付きプレートを金型を用いて製造する方法であって、プレートからフレームが脱落しにくく、しかもプレートにフレームを一体成形する際にプレート縁部に変形が発生しても変形量を少なく抑えることができる製造方法を提供する。【解決手段】プレートはその縁部に、フレームを脱落しにくくする凹凸形状を備える。金型は、キャビティ部およびゲート部を備える。ゲート部は、金型にセットした状態の金属プレートの縁部厚み面に対向する位置に設けられるとともに複数が設けられ、更に凹凸形状のうちの凹部の配置と合致する位置に配置される。前記金型を用いてフレーム付きプレートを製造する。【選択図】図４

Description

本発明は、金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形したフレーム付きプレートを金型を用いて製造する方法に関する。本発明の製造方法は例えば、燃料電池用のガスケット（プレート一体ガスケット）を製造する工程で用いられ、または一般のガスケット（プレート一体ガスケット）などを製造する工程で用いられる。

例えば、金属プレートとしての燃料電池用金属セパレータの縁部にゴム状弾性体製のガスケットを一体成形する場合、成形品の外周部にゴムバリが発生するため、バリ除去作業に多大な工数を必要とする。したがってこれに対策するため図７に示すように、金属セパレータ２１の縁部（図では右端部）２２に先ず樹脂フレーム３１を一体成形し、次いでこの樹脂フレーム３１をゴムバリ発生に対する堰き止め部として、樹脂フレーム３１の内側（内周側、図では左側）にゴム状弾性体製のガスケット４１を一体成形する手順が行なわれる。

特開２０１４−２０３５５３号公報

しかしながらこの手順で製造を行う場合、金属セパレータ２１の縁部２２に樹脂フレーム３１を一体成形した段階（ゴム状弾性体製のガスケット４１は未だ成形していない段階）で、金属セパレータ２１の縁部２２から樹脂フレーム３１が脱落してしまうことが懸念される（脱落方向を矢印Ｘにて示す）。

この脱落を防止するには、金属セパレータ２１と樹脂フレーム３１の接触面積を増大させるべく図８（Ａ）に示すように、金属セパレータ２１の縁部２２に多数の凹凸を並べて形成した凹凸形状２３を設け、この凹凸形状２３を設けた金属セパレータ２１の縁部２２に樹脂フレーム３１を一体成形することが考えられる。

しかしながらこの対策を行う場合、以下の不都合が考えられる。

すなわち、凹凸形状２３を設けた金属セパレータ２１の縁部２２に樹脂フレーム３１を一体成形するに際しては、樹脂フレーム３１を成形するための金型のパーティング部に金属セパレータ２１をセットし、次いで金型キャビティ内へ樹脂フレーム３１を成形するための樹脂成形材料を注入することになる。一方、金属セパレータ２１は近年における燃料電池コンパクト化の要請などからして極めて薄いプレートであって、薄いために外力が作用すると変形（塑性変形）しやすい。したがって凹凸形状２３を設けた金属セパレータ２１の縁部２２に樹脂フレーム３１を一体成形した成形品は本来、図８（Ｂ）に示すように金属セパレータ２１の縁部２２が変形せずに樹脂フレーム３１の厚み方向中ほどに埋設されるべきところ、図８（Ｃ）に示すように樹脂成形材料注入圧力の影響を受けて金属セパレータ２１の縁部２２が変形してしまうことがあり、変形の結果として縁部２２の先端２２ａが樹脂フレーム３１に対し表面露出するようなことがあると、燃料電池用構成部品として肝要な電気的絶縁性が損なわれるおそれがある。

本発明は以上の点に鑑みて、金属プレートの縁部から樹脂フレームが脱落しにくく、しかも金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形する際にプレート縁部に変形が発生しても変形量を少なく抑えることができるフレーム付きプレートの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、以下の手段を採用した。
すなわち本発明のフレーム付きプレートの製造方法は、金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形したフレーム付きプレートを金型を用いて製造する方法であって、前記金属プレートはその縁部に、前記樹脂フレームを脱落しにくくするための凹凸形状を備え、前記金型は、当該金型に前記金属プレートをセットした状態で前記樹脂フレームを成形するためのキャビティ部と、前記キャビティ部にフレーム成形材料を注入するためのゲート部とを備え、前記ゲート部は、前記金型にセットした状態の前記金属プレートの縁部厚み面に対向する位置に設けられるとともに複数が設けられ、更に前記凹凸形状のうちの凹部の配置と合致する位置に配置され、前記金型を用いてフレーム付きプレートを製造することを特徴とする（請求項１）。プレートは例えば、燃料電池用の金属セパレータであり、フレームは例えば、金属セパレータの縁部に一体成形される樹脂フレームである。

上記本発明の製造方法において、金属プレートはその縁部に凹凸形状を備えているため、金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形したときに凹凸形状を備えていない場合と比較して金属プレートおよび樹脂フレームの接触面積が大きく、よって金属プレートの縁部から樹脂フレームが脱落しにくい。

金型は、当該金型に金属プレートをセットした状態で樹脂フレームを成形するためのキャビティ部と、キャビティ部にフレーム成形材料を注入するためのゲート部とを備えているが、このうちのゲート部が、金属プレートの縁部厚み面に対向する位置に設けられるとともに金属プレートにおける凹凸形状のうちの凹部の配置と合致する位置に配置されているため、金属プレートの縁部に対しゲート部からフレーム成形材料注入圧力が作用すると、金属プレートの凹凸形状のうちの凹部を設けた部分がフレーム成形材料注入圧力の影響を受けて変形しやすい。ここで、金属プレートにおける凹部を設けた部分は、凸部を設けた部分と比較して、キャビティ内部へ突出する突出長さが小さい（金型で片持ち式に保持される部分の長さが小さい）ため、フレーム成形材料注入圧力の影響を受けて変形しても変形量が少なくて済む。したがって、金属プレートの縁部が大きく変形し縁部先端が樹脂フレームに対し表面露出してしまうと云った事態が発生するのを未然に防止することが可能とされる。

また、本発明のフレーム付きプレートの製造方法は、金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形したフレーム付きプレートを金型を用いて製造する方法であって、前記金属プレートはその縁部に、前記樹脂フレームを脱落しにくくするための凹凸形状を備え、前記金型は、当該金型に前記金属プレートをセットした状態で前記樹脂フレームを成形するためのキャビティ部と、前記キャビティ部にフレーム成形材料を注入するためのゲート部とを備え、前記ゲート部は、前記金型にセットした状態の前記金属プレートの縁部厚み面に対向する位置に設けられるとともに複数が設けられ、前記キャビティ部にて成形される前記樹脂フレームには複数のゲート部間に位置してフレーム成形材料同士が合流するウェルド部が設定され、前記金型は、当該金型における前記ウェルド部の配置を、当該金型にセットした状態の前記金属プレートにおける前記凹凸形状のうちの凹部の配置と合致させる構造を備え、前記金型を用いてフレーム付きプレートを製造することを特徴とする（請求項２）。プレートは例えば、燃料電池用の金属セパレータであり、フレームは例えば、金属セパレータの縁部に一体成形される樹脂フレームである。

また、金属プレートは厚みに対し周長が大きく、よって金型にはゲート部が周方向に複数設けられるのに伴って、キャビティ部にて成形される樹脂フレームには、複数のゲート部間に位置してフレーム成形材料同士が合流することによるウェルド部が設定されるが、このウェルド部では材料同士が合流するときに合流による圧力（合流圧力）が発生し、この合流圧力が金属プレートの縁部に作用する。これに関連して本発明では、ウェルド部が金属プレートにおける凹凸形状のうちの凹部の配置と合致する位置に配置されるため、金属プレートの縁部に対し合流圧力が作用すると、金属プレートの凹凸形状のうちの凹部を設けた部分が合流圧力の影響を受けて変形しやすい。ここで、金属プレートにおける凹部を設けた部分は、凸部を設けた部分と比較して、キャビティ内部へ突出する突出長さが小さい（金型で片持ち式に保持される部分の長さが小さい）ため、合流圧力の影響を受けて変形しても変形量が少なくて済む。したがって、金属プレートの縁部が大きく変形し縁部先端が樹脂フレームに対し表面露出してしまうと云った事態が発生するのを未然に防止することが可能とされる。

また、金型で成形する樹脂フレームの幅寸法を、ウェルド部を含む部分で他の部分よりも拡大して、樹脂フレームに周上一部のフレーム幅拡大部を設けることにより、金属プレートに作用する材料圧力の影響を少なくすることも考えられる。

したがって本発明によれば、金属プレートの縁部から樹脂フレームが脱落しにくく、しかも金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形する際にプレート縁部に変形が発生しても、変形量を少なく抑えることが可能とされる。

本発明の実施例に係る製造方法にて製造するフレーム付きプレートを備える燃料電池用ガスケット（プレート一体ガスケット）の一部平面図同ガスケットの一部断面図であって、（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図、（Ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図同フレーム付きプレートの一部断面図であって、（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図、（Ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図同フレーム付きプレートの製造工程説明図フレーム付きプレートの他の例を示す製造工程説明図燃料電池用ガスケット（プレート一体ガスケット）の他の例を示す一部平面図従来例に係る製造方法にて製造するフレーム付きプレートを備える燃料電池用ガスケット（プレート一体ガスケット）の一部断面図参考例に係る金属プレートを示す図で、（Ａ）はその一部平面図、（Ｂ）は一部断面図、（Ｃ）はプレート縁部が変形した状態の一部断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）金属セパレータにゴムを加硫したセパレータ一体ガスケットのゴム成形時、外周部にゴムバリが発生し、バリ除去作業に多大な工数が掛かっているため、金属セパレータの外周部へ樹脂フレームを成形することにより、ゴムバリの発生を抑制することができている。一方で、外周樹脂フレームの成形時に金属セパレータ自体が変形することにより、本来の機能である絶縁性が確保できなくなることがある。
（２）外周樹脂フレームは、成形後の抜けを抑制するため金属セパレータ外周部の全周を凹凸形状とするが、燃料電池用セパレータは薄くする必要があるため、どうしても樹脂フレームの厚さも薄くなる。したがって樹脂成形時における樹脂の流動性を確保するため、金型には全周に亙って複数のコールドゲートを配置しなければならない。また、金属セパレータ外周の変形は樹脂成形時に発生するため樹脂の流動影響が大きく、コールドゲートとウェルド部に多く発生しており、変形は樹脂成形時の流動影響を受けている。
（３）本発明では、コールドゲートおよびウェルド部の両方または一方を金属セパレータ外周の凹部に配置する。
（４）樹脂成形時の流動影響が他の部位より大きいことが想定され、実際に変形発生頻度の高いコールドゲートおよびウェルド部の両方または一方を金属セパレータ外周の凹部に配置することで、その部位での変形が発生した場合でも凸部に対し、その寸法形状の影響で変形量が小さくなるため、全体として一定以上の変形が発生する可能性を小さくすることができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

当該実施例に係る製造方法は、図１および図２に示す燃料電池用ガスケット１を製造する際にその工程と一部として、図３に示すフレーム付きプレート１１を図４に示す金型５１を用いて製造する。図３に示すフレーム付きプレート１１は、金属プレートである金属セパレータ２１の縁部（図では右端部）２２に樹脂フレーム３１を一体成形したものである。図１および図２に示す燃料電池用ガスケット１は、図３のフレーム付きプレート１１の縁部（図では右端部）であって金属セパレータ２１の厚み方向両面側かつ樹脂フレーム３１の内側（内周側、図では左側）にゴム状弾性体よりなるガスケット（ガスケット本体）４１を一体成形したものである。したがって工程順としては先ず、図３に示すフレーム付きプレート１１を製造し、次いで次工程にて図１および図２に示す燃料電池用ガスケット１を製造する。以下、図３に示すフレーム付きプレート１１の製造方法を説明する。

金属プレートである金属セパレータ２１は、所定の平面形状を備え、図１に示すようにその平面方向の縁部２２に多数の凹部２４および凸部２５を交互に並べて形成した凹凸形状２３が設けられており、図３に示すようにこの凹凸形状２３が樹脂フレーム３１に埋設されることにより金属セパレータ２１と樹脂フレーム３１の接触面積が大きく設定され、これにより金属セパレータ２１の縁部２２から樹脂フレーム３１が脱落しにくい構造とされている。

フレーム付きプレート１１は、図４に概略を示す金型５１により製造される。金型５１は、当該金型５１に金属セパレータ２１をセットした状態で樹脂フレーム３１を成形するためのキャビティ部５３をパーティング面５２に備え、このキャビティ部５３にフレーム成形材料を注入するための、ランナー部５５から連なるゲート部（コールドゲート）５４が設けられている。

ゲート部５４は、金属セパレータ２１の縁部厚み面２２ｂに対向する位置に設けられている。したがってゲート部５４からキャビティ部５３へ注入される成形材料は、その成形材料注入圧力が金属セパレータ２１の縁部２２に対し作用しやすい。

また、ゲート部５４は、金属セパレータ２１の厚みに対する周長が大きいため、金属セパレータ２１の縁部２２の周方向に沿って複数のゲート部５４が設けられている。図１における符号３２は、成形した樹脂フレーム３１に残されたゲート痕を示し、ここにゲート痕３２が複数（図では２箇所）描かれていることから判るように、ゲート部５４は金属セパレータ２１の縁部２２の周方向に沿って複数が設けられている。

尚、このようにゲート部５４が金属セパレータ２１の縁部２２の周方向に沿って複数設けられると、キャビティ部５３にて成形される樹脂フレーム３１には、互いに隣り合う複数のゲート部５４間に位置してフレーム成形材料同士が合流することによるウェルド部３３が設定され、このウェルド部３３にはフレーム成形材料同士の合流に伴う圧力（合流圧力）が発生する。したがってこの合流圧力がこれも金属セパレータ２１の縁部２２に対し作用しやすい。

図４に示す金型５１において、複数のゲート部５４はそれぞれ、当該金型５１にセットした状態の金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に配置されている。ここで合致するとは、周上の位置が同じであることを云う。図１では、ゲート痕３２がそれぞれ金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に設けられており、これをもって複数のゲート部５４がそれぞれ当該金型５１にセットした状態の金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に配置されていることを示している。

また、図４に示す金型５１において、樹脂フレーム３１にウェルド部３３を発生させることになるゲート間中間位置はそれぞれこれも、当該金型５１にセットした状態の金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に配置されている。図１では、ウェルド部３３が金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に配置されており、これをもってゲート間中間位置がそれぞれ当該金型５１にセットした状態の金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に配置されていることを示している。

金型５１は以上のように構成されている。そしてこの金型５１を用いて、図３に示すフレーム付きプレート１１を製造する。

上記したように金型５１は、ゲート部５４が、金属セパレータ２１の縁部厚み面２２ｂに対向する位置に設けられるとともに、金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に配置されている。したがって金属セパレータ２１はその凹凸形状２３のうち凹部２４を設けた部分が、ゲート部５４と直面し、ゲート部５４から注入されるフレーム成形材料注入圧力の影響を受けて変形する。金属セパレータ２１における凹部２４を設けた部分は、凸部２５を設けた部分と比較して、キャビティ内部へ突出する突出長さが小さい（凹部２４を設けた部分の突出長さをＬ_１、凸部２５を設けた部分の突出長さをＬ_２として、Ｌ_１＜Ｌ_２）ため、フレーム成形材料注入圧力の影響を受けて変形することがあっても変形量が少なく、すなわち図８（Ｃ）と同じ角度で曲げられても縁部先端が樹脂フレーム３１の表面（図では上面）に届かない。凹部２４を設けた部分に隣接する凸部２５を設けた部分は、凹部２４を設けた部分が変形するとこれに伴って少々変形するが、ゲート部５４と直面していないため、それほど大きな角度で変形しない。したがって凸部２５を設けた部分でも、縁部先端は樹脂フレーム３１の表面（図では上面）に届かない。したがって金属セパレータ２１の縁部２２が大きく変形し縁部先端が樹脂フレーム３１に対し表面露出し、絶縁性が損なわれると云った事態が発生するのを未然に防止することができる。

また、金型５１は、その樹脂フレーム３１にウェルド部３３を発生させることになるゲート間中間位置が、金属セパレータ２１の縁部２２における凹凸形状２３のうちの凹部２４の配置と合致する位置に配置されている。したがって金属セパレータ２１はその凹凸形状２３のうち凹部２４を設けた部分が、合流圧力の影響を受けて変形する。ここで金属セパレータ２１における凹部２４を設けた部分は、凸部２５を設けた部分と比較して、キャビティ内部へ突出する突出長さが小さい（凹部２４を設けた部分の突出長さをＬ_１、凸部２５を設けた部分の突出長さをＬ_２として、Ｌ_１＜Ｌ_２）ため、合流圧力の影響を受けて変形することがあっても変形量が少なく、すなわち図８（Ｃ）と同じ角度で曲げられても縁部先端が樹脂フレーム３１の表面（図では上面）に届かない。凹部２４を設けた部分に隣接する凸部２５を設けた部分は、凹部２４を設けた部分が変形するとこれに伴って少々変形するが、ゲート間中間位置からずれているため、それほど大きな角度で変形しない。したがって凸部２５を設けた部分でも、縁部先端は樹脂フレーム３１の表面（図では上面）に届かない。したがって金属セパレータ２１の縁部２２が大きく変形し縁部先端が樹脂フレーム３１に対し表面露出し、絶縁性が損なわれると云った事態が発生するのを未然に防止することができる。

他の実施例・・・・
また、このウェルド部３３における金属セパレータ２１の縁部２２の変形については、このウェルド部３３における樹脂フレーム３１の幅寸法を拡大することによって変形抑制の対策とすることも考えられる。

すなわち図５に示すように、金型５１は、その樹脂フレーム３１にウェルド部３３を発生させることになるゲート間中間位置において、キャビティ部５３の幅寸法ｗ_２が他の部分の幅寸法ｗ_１に対し外周側へ向けて拡大されることにより、ここに周上一部のキャビティ幅拡大部５３Ａが設けられている。

また、図６に示すように、金型５１で成形される樹脂フレーム３１は、そのウェルド部３３を発生させることになるゲート間中間位置において、当該樹脂フレーム３１の幅寸法（ウェルド部３３を含む部分の幅寸法）ｗ_２’が他の部分の幅寸法ｗ_１’に対し外周側へ向けて拡大されることにより、ここに周上一部のフレーム幅拡大部（膨出部）３１Ａが設けられている。

そして、このように樹脂フレーム３１のウェルド部３３にフレーム幅拡大部３１Ａが設けられると、他の部分より一般的に強度が低下するウェルド部３３の強度を他の部分と同等にすることができるとともに、ウェルド部３３の表裏圧力差を小さくすることができるため、ウェルド部３３における金属セパレータ２１の縁部２２の変形を抑制することができる。

フレーム幅拡大部３１Ａの平面形状は例えば、両端に傾斜のある台形状ないし略台形状とする。フレーム幅拡大部３１Ａを含む樹脂フレーム３１の幅寸法ｗ_２’は他の部分の幅寸法ｗ_１’に対し１．２〜２倍の関係で、例えば１．５倍程度とする。フレーム幅拡大部３１Ａの長さについては、凹部２４および凸部２５一つずつの組み合わせの長さに対し１〜２組分の長さとし、例えば１．５組分程度とする。

１燃料電池用ガスケット
１１フレーム付きプレート
２１金属セパレータ（金属プレート）
２２縁部
２２ａ縁部先端
２２ｂ縁部厚み面
２３凹凸形状
２４凹部
２５凸部
３１樹脂フレーム
３１Ａフレーム幅拡大部
３２ゲート痕
３３ウェルド部
４１ガスケット
５１金型
５２パーティング面
５３キャビティ部
５３Ａキャビティ幅拡大部
５４ゲート部
５５ランナー部

Claims

金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形したフレーム付きプレートを金型を用いて製造する方法であって、
前記金属プレートはその縁部に、前記樹脂フレームを脱落しにくくするための凹凸形状を備え、
前記金型は、当該金型に前記金属プレートをセットした状態で前記樹脂フレームを成形するためのキャビティ部と、前記キャビティ部にフレーム成形材料を注入するためのゲート部とを備え、
前記ゲート部は、前記金型にセットした状態の前記金属プレートの縁部厚み面に対向する位置に設けられるとともに複数が設けられ、更に前記凹凸形状のうちの凹部の配置と合致する位置に配置され、
前記金型を用いてフレーム付きプレートを製造することを特徴とするフレーム付きプレートの製造方法。
金属プレートの縁部に樹脂フレームを一体成形したフレーム付きプレートを金型を用いて製造する方法であって、
前記金属プレートはその縁部に、前記樹脂フレームを脱落しにくくするための凹凸形状を備え、
前記金型は、当該金型に前記金属プレートをセットした状態で前記樹脂フレームを成形するためのキャビティ部と、前記キャビティ部にフレーム成形材料を注入するためのゲート部とを備え、
前記ゲート部は、前記金型にセットした状態の前記金属プレートの縁部厚み面に対向する位置に設けられるとともに複数が設けられ、前記キャビティ部にて成形される前記樹脂フレームには複数のゲート部間に位置してフレーム成形材料同士が合流するウェルド部が設定され、
前記金型は、当該金型における前記ウェルド部の配置を、当該金型にセットした状態の前記金属プレートにおける前記凹凸形状のうちの凹部の配置と合致させる構造を備え、
前記金型を用いてフレーム付きプレートを製造することを特徴とするフレーム付きプレートの製造方法。
請求項１または２記載の製造方法において、
前記金型で成形する樹脂フレームの幅寸法を、前記ウェルド部を含む部分で他の部分よりも拡大することにより、前記樹脂フレームに周上一部のフレーム幅拡大部を設けることを特徴とするフレーム付きプレートの製造方法。
請求項１、２または３記載の製造方法において、
前記金属プレートは、燃料電池用の金属セパレータであり、
前記樹脂フレームは、前記金属セパレータの縁部に一体成形される樹脂フレームであることを特徴とするフレーム付きプレートの製造方法。