JP4783158B2 - シール一体型薄板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄板の縁の上下面にシール材を成形するシール一体型薄板の製造方法に関する。

薄板の縁の上下面にシール材を成形したシリコン樹脂−金属複合体の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−３０９７４６号公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１９は従来の技術の基本構成を説明する図であり、固定型１０１と可動型１０２の間に金属製の薄板１０３の縁を挟み、ゲート１０４を通じて溶融シール材１０５を射出することで、薄板１０３の縁の表裏面にシール材１０５の成形層１０６を形成する。

薄板１０３にシール材１０５を射出する際に、薄板１０３に反り、うねり、ひずみなどがないようにすることは、薄板１０３の縁の表裏面にシール材１０５を均一な厚さに成形するうえで重要である。

実際に、射出成形後の薄板１０３の縁に成形された成形層１０６の厚さを調べてみると、成形層１０６の厚さが薄いところと厚いところがみられる。
成形層１０６の厚さのばらつきは、縁に曲がりやうねりをもつ薄板１０３にシール材１０５を射出したことによって発生するものである。従って、薄板１０３の曲がりやうねりにより、シール層の厚さが不均一となるため、薄板に、所定の絶縁性や耐腐食性をもたせることができない。そのため、薄板の縁に発生する反り、うねり、曲がり、ひずみなどを矯正又は除去することができる技術が望まれる。

本発明は、射出成形時において、薄板の縁に発生する反り、うねり、曲がり、ひずみなどを矯正する技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、薄板の縁に一体形成するシール材の上成形層に対応する上部キャビティを有する第１型と、シール材の下成形層に対応する下部キャビティを有する第２型と、この第２型から下部キャビティを除いた形態の第３型とを準備する型準備工程と、第１型と第３型とで薄板の縁を挟み、上部キャビティにシール材用樹脂材料を射出する一次射出工程と、第３型を第２型に交換する型交換工程と、第１型と第２型とで薄板の縁を挟み、下部キャビティにシール材用樹脂材料を一次射出工程の射出圧力より低圧に射出する二次射出工程を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、薄板の縁に一体形成するシール材の上成形層に対応する上部キャビティを有する第１型と、シール材の下成形層に対応する下部キャビティを有する第２型と、この第２型から下部キャビティを除いた形態の第３型とを準備し、上部キャビティの上矩形断面に少なくとも１つの溝断面を形成し、この溝断面で上部キャビティ平面上に環状の溝部を形成し、薄板の角部に対応する上部キャビティ平面上の所定範囲に溝部を設け、下部キャビティに下矩形断面を設ける型準備工程と、第１型と第３型とで薄板の縁を挟み、上部キャビティにシール材用樹脂材料を射出する一次射出工程と、第３型を第２型に交換する型交換工程と、第１型と第２型とで薄板の縁を挟み、下部キャビティにシール材用樹脂材料を一次射出工程の射出圧力より低圧に射出する二次射出工程と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、一次射出工程の射出圧力を、二次射出工程の射出圧力より高圧に設定したので、一次射出工程において、樹脂材料の流動性を高めることができる。また、二次射出工程に較べて、一次射出工程の圧力が高いので、上部キャビティの圧力は高くなり、溶融樹脂で薄板の縁を高圧で押し付ける力は大きくなる。
溶融樹脂で薄板の縁を高圧で押し付けるので、薄板の縁にある反り、うねり、曲がり、ひずみなどを矯正することができる。
この結果、均一な厚さの上成形層をもつシール材の成形層を得ることが可能となる。

また、二次射出工程での射出圧力を、一次射出工程の射出圧力より低圧に設定したので、上成形層の成形層の厚さを変化させることなく、均一な厚さの下成形層をもつ成形層が得られる。また、一次射出工程において、上部キャビティで溶融樹脂を介して薄板に加えられた矯正が損なわれることはない。この結果、全体として均一な厚さをもつ成形層を有する薄板を得ることができる。

請求項２に係る発明では、一次射出工程において、上部キャビティの上矩形断面に少なくとも１つの溝断面を加え、この溝断面で上部キャビティ平面上に環状の溝部を形成し、さらに、薄板の角部に対応する上部キャビティ平面上の所定範囲に溝部を設けると共に、射出圧力を二次射出工程の射出圧力より高圧に設定したので、一次射出工程において、樹脂材料の流動性を高めることができる。また、二次射出工程に較べて、一次射出工程の圧力が高いので、上部キャビティの圧力は高くなり、薄板の縁を溶融樹脂で高圧で押し付けることができる。

このように、第１射出工程において、上部キャビティに溝断面を加えると共に射出圧力を高めることによって、薄板の縁に発生することがある反り、うねり、曲がり、ひずみなどを矯正することができ、均一な厚さの上成形層をもつシール材の成形層を得ることが可能となる。

また、二次射出工程において、一次射出圧力に較べてその射出圧力を低圧に設定したので、一次射出工程で上部キャビティに成形した薄板に行われた矯正が損われることはない。二次射出工程において、射出圧力を一次射出工程の射出圧力より低圧に設定することで、上成形層の成形層の厚さを変化させることなく、均一な厚さの下成形層をもつ成形層が得られる。
この結果、全体として均一な厚さの成形層を有する薄板を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１〜図７において、射出成形方法によって薄板の縁にシール材を一体形成するシール一体型薄板の製造方法について説明する。

図１は本発明に係る型準備工程の説明図であり、上成形層を成形する型となる第１型１１と、下成形層を成形する型となる第２型１２及び第３型１３とからなるシール成形型１０を準備すると共に、第１型１１と第３型１３の間に薄板１５の縁を配置する。

第１型１１は、薄板１５の上面１５ａの縁に対向する位置に設ける上矩形断面１７と、この上矩形断面１７に加えた２つの溝断面１８、１８とからなる上部キャビティ１９と、この上部キャビティ１９に臨ませる第１ゲート２１と、上部キャビティ１９を回避する位置に設ける第２ゲート２２と、溶融樹脂の射出経路を切替えるため第１ゲート２１と第２ゲート２２の上流に設ける切替弁２３と、を備える。
ここで、矩形断面とは、キャビティの断面形状であって、その形状が矩形であるものをいう。

第２型１２は、薄板１５の下面１５ｂの縁に対向する位置に設ける下部キャビティ２５と、この下部キャビティ２５と第１型１１に備える第２ゲート２２の間を溶融樹脂が連通するように設ける連通路２７と、を備える。
第３型１３は、薄板１５の下面１５ｂに当り、薄板１５の下面１５ｂを支持する受面２８を備える。

すなわち、型準備工程において、薄板１５の縁に一体形成するシール材の上成形層に対応する上部キャビティ１９を有する第１型１１と、シール材の下成形層に対応する下部キャビティ２５を有する第２型１２と、この第２型１２から下部キャビティ２５を除いた形態の第３型１３とを準備する。

図２は本発明に係る一次型閉じ工程の説明図であり、第３型１３の受面２８上に薄板１５の下面１５ｂを当てて配置し、溶融樹脂を射出する第１ゲート２１及び第２ゲート２２を備える第１型１１を、薄板１５の縁部上面１５ａに被せて、薄板１５の縁を挟む。

ここで、本発明に係る射出成形方法の条件を以下のように設定する。
１．セパレータ：
寸法：４００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ
材料：ＳＵＳ３０４
２．シール材料：樹脂材料（詳しくは、液状ゴム、更に詳しくは、シリコーンゴム）

３．射出成形方法
（３−１）射出圧力：
一次射出工程 ２０〜２００ＭＰａ（８０ＭＰａ 好適）
二次射出工程 １０〜１００ＭＰａ （５０ＭＰａ 好適）
（３−２）射出速度：
一次射出工程 １０〜１５０ｍｍ／秒（５０ｍｍ／秒 好適）
二次射出工程 ５〜１００ｍｍ／秒（３０ｍｍ／秒 好適）
（３−３）射出時間：
一次射出工程 １秒
二次射出工程 １秒
（３−４）金型温度：３７３〜４７３Ｋ（１００〜２００℃）

図３は本発明に係る一次射出工程の説明図であり、切替弁２３を溶融樹脂が第１ゲート２１に流れるような向きに切替え、上部キャビティ１９に所定の射出圧力をもった溶融樹脂３３を射出し、この溶融樹脂３３で上部キャビティ１９を満たす。
すなわち、一次射出工程において、第１型１１と第３型１３とで薄板１５の縁を挟み、上部キャビティ１９にシール材用樹脂材料を射出する。

図４は本発明に係る型交換工程の説明図であり、受面２８を備える第３型１３を取外し、図矢印３０に示すように、下部キャビティ２５を備える第２型１２に交換する。
すなわち、型交換工程において、第３型１３を第２型１２に交換する。

図５は本発明に係る二次型閉じ工程の説明図であり、第１型１１と第２型１２を閉じ、第１型１１の第２ゲート２２と第２型１２の連通路２７の位置を合わせると共に、薄板１５の縁を挟む。

図６は本発明に係る二次射出工程の説明図であり、切替弁２３を溶融樹脂が第２ゲート２２に流れる向きに切替え、下部キャビティ２５に所定の射出圧力をもった溶融樹脂３３を射出し、この溶融樹脂３３で下部キャビティ２５を満たす。
すなわち、二次射出工程において、第１型１１と第２型１２とで薄板１５の縁を挟み、下部キャビティ２５にシール材用樹脂材料を射出する。

下部キャビティ２５を下矩形断面３５とし、上部キャビティ１９の上矩形断面１７に２つの溝断面１８を加えることで、第２型１２よりも第１型１１における樹脂材料の流動性を高めるようにした。
また、一次射出工程での射出圧力を高圧に設定し、後述する二次射出工程の射出圧力より高圧に設定した。
なお、溝断面の数は１つでも差し支えない。

図７は本発明に係る型開き工程の説明図であり、薄板１５の上面１５ａに上平坦部３６と２つの凸部３７、３７とからなる上成形層４１を成形し、薄板１５の下面１５ｂに下平坦部４３をもつ下成形層４２を成形し、第１型１１と第２型１２を開けたことを示す。
第１型１１と対向する位置にある第２型１２を第３型１３に交換することで、薄板にシール材の成形層を成形する１サイクルが完了する。

以上をまとめると、最初に、第１型１１と第３型１３とを合わせ、薄板１５の縁部の上半部に溶融樹脂を射出してシール材の上成形層４１を形成し、次に、第３型１３と下成形層４２を成形する型となる第２型１２を交換し、第１型１１に第２型１２を合わせ、最後に、薄板１５の縁部の下半部に溶融樹脂を射出してシール材の下成形層４２を形成する。

以下、シール材の上成形層４１、下成形層４２について、薄板１５の上面１５ａに形成した上平坦部３６の上面を上平坦面４６、薄板１５の下面１５ｂに形成した下平坦部４３の下面を下平坦面４７とする。

図８は本発明に係る環状凸部を備える燃料電池用セパレータの平面図である。
射出成形によって、薄板１５の上面１５ａに上成形層４１が成形される。詳細には、薄板１５の上面１５ａの縁部に、上部キャビティ（図７の符号１９）の上矩形断面（図７の符号１７）に対応する上平坦部３６が形成され、溝断面（図７の符号１８）に対応する凸部３７・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）が形成される。
具体的には、凸部３７・・・が形成されるように、溝断面（図７の符号１８）で上部キャビティ平面上に図示せぬ環状の溝部を形成するものである。

凸部３７・・・は、環状に形成した第１環状凸部３８と、この第１環状凸部３８の外周に形成する第２環状凸部３９と、薄板１５の角部４９・・・において、第１環状凸部３８と第２環状凸部３９とを連結する角凸部５１・・・と、薄板１５の辺部５２において、第１環状凸部３８と第２環状凸部３９とを連結する辺凸部５３、５３と、からなる。

５５・・・は、薄板１５をシール成形型（図１の符号１０）にセットしたときにおけるゲートの位置を示す。
また、５７・・・は、燃料電池における冷却媒体の導入口となる穴部である。

図９は本発明に係る環状凸部を備える燃料電池用セパレータを積層する説明図であり、一種類の樹脂成形断面形状をもつセパレータ６１・・・を積み重ねて、良好な絶縁性及び耐食性を兼ね備えたセパレータ６１・・・の積層体を形成することができる。

本発明に係るシール一体型薄板の製造方法による作用を説明する。
図６に戻って、一次射出工程において、上部キャビティ１９の上矩形断面１７に２つの溝断面１８、１８を加えると共に、一次射出工程の射出圧力を、二次射出工程の射出圧力より高圧に設定したので、一次射出工程において、樹脂材料の流動性を高めることができる。また、二次射出工程に較べて、一次射出工程の圧力が高いので、上部キャビティ１９の圧力は高くなり、薄板１５の縁を溶融樹脂によって高圧で押し付けることができる。

一次射出工程において、溝断面１８を加えると共に射出圧力を高め、上部キャビティ１９の所定の位置に、溝断面１８を配置することによって、薄板１５の縁に発生することがある反り、うねり、曲がり、ひずみなどを矯正することができ、均一な厚さの上成形層をもつシール材の上成形層４１を得ることが可能となる。

二次射出工程において、一次射出圧力に較べてその射出圧力を低圧に設定したので、一次射出工程で上部キャビティ１９に成形した薄板１５に行われた矯正が損われることはない。

仮に、二次射出工程の射出圧力を高圧にすると、薄板１５が第１型１１側に押し付けられるため、第２型１２側の下成形層４２が厚くなり、セパレータ６１の寸法誤差が大きくなる。

この点、本発明では、二次射出工程において、射出圧力を低圧に設定することで、均一な厚さの成形層をもつ上成形層４１の厚さを変化させることなく、均一な厚さの成形層をもつ下成形層４２が得られる。
この結果、全体として均一な厚さの上成形層４１、下成形層４２を有する薄板１５を得ることができる。

図１０は図８の別実施例図であり、平面視において、薄板上に形成した成形層である上平坦部３６と、この上平坦部３６に形成した凸部３７・・・を示す。
図８と異なる点は、内側に形成した第１環状凸部３８の形状を変化させたこと、第２環状凸部３９の一部を削除したこと、角凸部（図８の符号５１）を削除したこと、及び辺凸部（図８の符号５３）を削除したことにある。

図１１は図８の更なる別実施例図であり、図８と異なる点は、４隅にある角部４９・・・に凸部３７・・・を形成したこと、及び辺凸部（図８の５３参照）を削除したことにある。

薄板の角部４９・・・や縁など反りが発生し易い部位に凸部３７・・・を形成し、溶融樹脂の流動性を高めて、射出成形と同時に、薄板１５にわずかに残る反りや曲がりなどを矯正することができる。

なお、凸部３７の形状は、実施例に限定されることなく、薄板の反りなどを矯正するように、任意の形状に設定可能である。例えば、環状凸部は１本でも良く、多角形や円形でも良く、複雑な形状でも良く、環状でなくても良く、途中で分岐した形状や、途中で途切れた形状でも差し支えない。

あるいは、ゲートの出口に凸部が臨むように形成しても良く、あるいは、凸部の形状は少しずつ拡がっても良い。凸部の太さについても任意に設定可能である。
実際の凸部３７の形状は、最終的には、シール部の機能を満足させると共に、経験、シミュレーションの結果、及びトライアルにより決定することができる。

図１２は本発明に係る薄板角部に配置する凸部形状の説明図であり、角部４９において、薄板の反りなどを矯正するために、第１環状凸部３８と第２環状凸部３９の間を連結する様々な形状が選択可能なことを示す。

（ａ）において、第１環状凸部３８と第２環状凸部３９の間を直線の凸部で連結することを示す。直線の凸部は角凸部５１である。
（ｂ）において、第１環状凸部３８と第２環状凸部３９の間に分岐させた２本の直線の凸部７１、７２で連結することを示す。
（ｃ）において、第１環状凸部３８と第２環状凸部３９の間に閉じた円状の凸部７３を介在させることを示す。

なお、角部４９における凸部の形状は、実施例に限定されることはなく、この他の形状であっても差し支えない。

図１３は別実施例に係るシール一体型薄板の縁の断面図である。
（ａ）は、薄板１５に形成する凸部の断面形状をかまぼこ状の形状７５、７５に形成することを示す。
（ｂ）は、薄板１５に形成する凸部の断面形状を矩形状７６、７６に形成することを示す。

（ｃ）は、薄板１５に形成する凸部の断面形状を三角状７７、７７に形成することを示す。
上記に示す他、凸部の断面形状は、台形状、楕円状などでも良く、任意の断面形状が選択可能である。

以下、図１４〜１８において、ゲートを第１型１１Ｂと第３型１３Ｂに設けて、薄板の縁にシール材を一体形成するシール一体型薄板の製造方法について説明する。
図１４は図１の別実施例図であり、上成形層を成形する型となる第１型１１Ｂと、下成形層を成形する型となる第２型１２Ｂ及び第３型１３Ｂとからなるシール成形型１０Ｂを準備する。

第１型１１Ｂは、薄板１５の上面１５ａの縁に対向する位置に設ける上矩形断面１７Ｂと、この上矩形断面１７Ｂに加えた２つの溝断面１８Ｂ、１８Ｂとからなる上部キャビティ１９Ｂと、この上部キャビティ１９Ｂに臨ませる第１ゲート２１Ｂと、を備える。

第２型１２Ｂは、薄板１５の下面１５ｂの縁に対向する位置に設ける下部キャビティ２５Ｂと、この下型キャビティ２５Ｂに臨ませる第２ゲート２２Ｂと、を備える。
第３型１３Ｂは、薄板１５の下面１５ｂを当て、薄板１５の下面１５ｂを支持する受面２８Ｂを備える。

図１５は図３の別実施例図であり、上部キャビティ１９Ｂに所定の射出圧力をもった溶融樹脂３３を射出し、この溶融樹脂３３で上部キャビティ１９Ｂを満たす。
上部キャビティ１９Ｂの上矩形断面１７Ｂに少なくとも２つの溝断面１８Ｂ、１８Ｂを加えることで、後述する下矩形断面３５Ｂのみを備える第２型１２Ｂよりも、第１型１１Ｂにおける樹脂材料の流動性を高めるようにした。

図１６は図４の別実施例図であり、受面２８Ｂを備える第３型１３Ｂを取外し、図矢印３０Ｂに示すように、下部キャビティ２５Ｂを備える第２型１２Ｂに交換する。
図４と異なる点は、下部キャビティ２５Ｂに臨ませて第２型１２Ｂに第２ゲート２２Ｂを設けたことであり、その他の点に変わるところはない。

図１７は図６の別実施例図であり、二次射出工程において、第１型１１Ｂと第２型１２Ｂとで薄板１５の縁を挟み、下部キャビティ２５Ｂにシール材用樹脂材料を射出する。
具体的には、第２ゲート２２Ｂから下部キャビティ２５Ｂに所定の条件で溶融樹脂を射出する。

図１８は図７の別実施例図であり、薄板１５の上面１５ａに上平坦部３６Ｂを形成し、この上平坦部３６Ｂに加えて、２つの凸部３７Ｂ、３７Ｂをもつ上成形層４１Ｂを成形し、薄板１５の下面１５ｂに下平坦部４３Ｂをもつ下成形層４２Ｂを成形し、第１型１１Ｂと第２型１２Ｂを開けることを示す。

第１型１１Ｂと対向する位置にある第２型１２Ｂを第３型１３Ｂに交換することで、上成形層４１Ｂ、４２Ｂを成形する１サイクルが完了する。
なお、本実施例において、断面凸部３７Ｂの個数は２つであるが、これに限定されることはなく、任意の個数に設定可能である。

本発明は、燃料電池用セパレータの製造に好適である。

本発明に係る型準備工程の説明図である。 本発明に係る一次型閉じ工程の説明図である。 本発明に係る一次射出工程の説明図である。 本発明に係る型交換工程の説明図である。 本発明に係る二次型閉じ工程の説明図である。 本発明に係る二次射出工程の説明図である。 本発明に係る型開き工程の説明図である。 本発明に係る環状凸部を備える燃料電池用セパレータの平面図である。 本発明に係る環状凸部を備える燃料電池用セパレータを積層する説明図である。 図８の別実施例図である。 図８の更なる別実施例図である。 本発明に係る薄板角部に配置する凸部形状の説明図である。 別実施例に係るシール一体型薄板の縁の断面図である。 図１の別実施例図である。 図３の別実施例図である。 図４の別実施例図である。 図６の別実施例図である。 図７の別実施例図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１１、１１Ｂ…第１型、１２、１２Ｂ…第２型、１３、１３Ｂ…第３型、１５…薄板、１７、１７Ｂ…上矩形断面、１８、１８Ｂ…溝断面、１９、１９Ｂ…上部キャビティ、２５、２５Ｂ…下部キャビティ。

Claims (2)

1. 薄板の縁に一体形成するシール材の上成形層に対応する上部キャビティを有する第１型と、前記シール材の下成形層に対応する下部キャビティを有する第２型と、この第２型から前記下部キャビティを除いた形態の第３型とを準備する型準備工程と、
   前記第１型と前記第３型とで前記薄板の縁を挟み、前記上部キャビティにシール材用樹脂材料を射出する一次射出工程と、
   前記第３型を前記第２型に交換する型交換工程と、
   前記第１型と前記第２型とで前記薄板の縁を挟み、前記下部キャビティにシール材用樹脂材料を前記一次射出工程の射出圧力より低圧に射出する二次射出工程を備えたことを特徴とするシール一体型薄板の製造方法。
2. 薄板の縁に一体形成するシール材の上成形層に対応する上部キャビティを有する第１型と、前記シール材の下成形層に対応する下部キャビティを有する第２型と、この第２型から前記下部キャビティを除いた形態の第３型とを準備し、前記上部キャビティの上矩形断面に少なくとも１つの溝断面を形成し、この溝断面で前記上部キャビティ平面上に環状の溝部を形成し、前記薄板の角部に対応する前記上部キャビティ平面上の所定範囲に溝部を設け、前記下部キャビティに下矩形断面を設ける型準備工程と、
   前記第１型と前記第３型とで前記薄板の縁を挟み、前記上部キャビティにシール材用樹脂材料を射出する一次射出工程と、
   前記第３型を前記第２型に交換する型交換工程と、
   前記第１型と前記第２型とで前記薄板の縁を挟み、前記下部キャビティにシール材用樹脂材料を前記一次射出工程の射出圧力より低圧に射出する二次射出工程と、
   を備えたことを特徴とするシール一体型薄板の製造方法。

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