JP5126472B2 - 樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池セルのシール手段として用いられる樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法に関する。

図１１は、従来の技術によるシール構造体を示す断面図で、すなわちこの種のシール構造体１００は、一対の合成樹脂製基材のうち、一方の基材１０１における他方の基材（不図示）との合わせ面に、その外周に沿って無端状に連続したガスケット保持溝１０１ａを形成し、このガスケット保持溝１０１ａに、ゴム状弾性材料からなるガスケット１０２を一体に成形したものである。

なお、合成樹脂等からなる基材に形成した溝にゴム状弾性材料からなるガスケットを設けたシール構造体としては、下記の特許文献１に記載のものが知られている。
特開２００５−３１８１号公報

ここで、基材１０１に形成したガスケット保持溝１０１ａに、ゴム状弾性材料からなるガスケット１０２を一体的に成形するには、合成樹脂製の基材１０１に対する接着性（自己接着性）を有するゴム成形材料を用いるか、ガスケット保持溝１０１ａの内面に接着剤を塗布し、ガスケット１０２の成形に合成樹脂に対する接着性のないゴム成形材料を用いて、成形と同時にこのガスケット１０２を前記接着剤によりガスケット保持溝１０１ａの内面に接着するか、あるいはガスケット保持溝１０１ａを、ガスケット１０２を拘束可能なアンダーカット形状に形成して、合成樹脂に対する接着性のないゴム成形材料で成形する、といった方法が考えられる。

しかしながら、合成樹脂に対する接着性を有するゴム成形材料を用いる場合は、基材１０１の成形に用いられる合成樹脂材料と、ガスケット１０２の成形に用いられる自己接着性ゴム材料を、接着の相性を考慮して選択する必要があり、材料選択が著しく制約される問題がある。

また、接着剤を用いて、ガスケット１０２の成形と同時にこのガスケット１０２をガスケット保持溝１０１ａの内面に接着する方法では、ガスケット保持溝１０１ａの内面に予め接着剤を塗布する工程が必要になり、製造コストが高くなってしまう問題がある。

更に、ガスケット１０２を、ガスケット保持溝１０１ａに設けたアンダーカットによって一体化する場合は、金型によって基材１０１を成形すること自体が困難又は不可能になる問題がある。

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、その技術的課題とするところは、安価なコストで製造可能であって、燃料電池セルに用いられる樹脂系セパレータとガスケットが一体化されたシール構造体を得ることにある。

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の発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法は、ガスケット保持溝及びその溝肩から溝外側へ隆起した隆起部を有し燃料電池用セルに用いられる樹脂系セパレータを成形する工程と、前記隆起部をガスケット成形用金型により押しつぶして前記ガスケット保持溝の内側面からせり出すように塑性変形させる工程と、前記ガスケット成形用金型の内面と前記ガスケット保持溝との間に画成したキャビティ内に成形用ゴム材料を充填することによりガスケットを成形する工程と、からなるものである。

上記構成によれば、燃料電池用セルに用いられる樹脂系セパレータに形成したガスケット保持溝の溝肩から溝外側へ隆起した隆起部をガスケット成形用金型により押しつぶしてガスケット保持溝の内側面からせり出すように塑性変形させることによって、このせり出し部分が、その後、ガスケット成形用金型の内面とガスケット保持溝との間のキャビティ内に成形用ゴム材料を充填することにより成形されるガスケットをガスケット保持溝に拘束するアンダーカットとなるので、ガスケットが樹脂系セパレータに一体化されたシール構造体が得られる。また、隆起部を押しつぶすための専用の治具や工程が不要であり、隆起部の押しつぶしが、ガスケット成形用金型の型締め過程で行われる。

請求項２の発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法は、請求項１に記載の方法において、ガスケット成形用金型に、隆起部の押しつぶしによる塑性変形をガスケット保持溝内へ指向させる斜面又は段差面が形成される。このようにすれば、前記隆起部の塑性変形によるアンダーカットが確実に形成される。

本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法によれば、樹脂系セパレータと一体のシール構造体を安価なコストで製造可能であって、樹脂系セパレータにおけるガスケット保持溝の溝肩から溝外側へ隆起した隆起部を押しつぶしてその一部をガスケット保持溝内へ塑性変形させることによって、その後、ガスケット成形用金型の内面とガスケット保持溝との間のキャビティ内で成形されるガスケットとのアンダーカットとなるので、合成樹脂に対する接着性を有するゴム成形材料や、接着剤を用いることなく、燃料電池用セルに用いられる樹脂系セパレータとガスケットが一体化されたシール構造体を製造することができる。

また、隆起部の押しつぶしをガスケット成形用金型の型締め過程で行うことによって、製造コストの上昇が防止される。

また、ガスケット成形用金型に、隆起部の押しつぶしによる塑性変形をガスケット保持溝内へ指向させる斜面又は段差面を形成することによって、隆起部の塑性変形によるアンダーカットが確実に形成されるので、製品の信頼性を向上することができる。

以下、本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体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は、樹脂系セパレータを成形する工程を示す断面図、図２は、樹脂系セパレータをガスケット成形用金型にセットした状態を示す断面図、図３は、型締めによって樹脂系セパレータの隆起部を押しつぶし、ガスケット保持溝の内側面からせり出すように塑性変形させる工程を示す断面図、図４は、ガスケットを成形する工程を示す断面図、図５は、この製造方法によって製造された樹脂系セパレータ一体型シール構造体を示す断面図である。

まず図１において、参照符号１は、下型１１と上型１２を有する樹脂系セパレータ成形用金型であり、型締めによってこの下型１１と上型１２の間に画成されるキャビティ内に、成形用樹脂材料を充填することによって、樹脂系セパレータ２を成形するものである。

樹脂系セパレータ成形用金型１によって成形された樹脂系セパレータ２は、燃料電池セルに用いられ、導電性樹脂又は導電性充填材料−樹脂バインダ複合体からなるものであり、他方の部材（不図示）との合わせ面２ａには、外周に沿って無端状に連続したガスケット保持溝２１及びその両側の溝肩から溝外側へ隆起した断面略Ｕ字形の隆起部２２を有するものである。ガスケット保持溝２１は断面形状が単純な矩形状であって、アンダーカット部分が存在しないので、離型を容易に行うことができる。

樹脂系セパレータ成形用金型１から取り出された樹脂系セパレータ２は、図２に示されるように、ガスケット成形用金型３にセットされる。このガスケット成形用金型３は、樹脂系セパレータ２を固定する下型３１と、樹脂系セパレータ２における合わせ面２ａに対して進退可能な上型３２を有し、ガスケット保持溝２１を塞ぐように型締めされるものである。上型３２には、ガスケット保持溝２１との対向面にシールリップ成形面３２ａが形成されている。

次に、ガスケット成形用金型３を、図３に示されるように型締めすると、その過程で、上型３２におけるシールリップ成形面３２ａの両側の押圧面３２ｂ，３２ｂが、樹脂系セパレータ２における隆起部２２，２２に圧接してこれを押しつぶす。このため、押しつぶされた隆起部２２，２２は、一部がガスケット保持溝２１の内側面２１ａ，２１ａからせり出すように塑性変形してアンダーカット部２３，２３が形成される。

次に、上述の型締めによってガスケット保持溝２１を塞ぐように存在する上型３２の内面と、前記ガスケット保持溝２１との間に、キャビティ５が画成されるので、このキャビティ５内に、図４に示されるように成形用ゴム材料４０を充填することによりガスケット４を成形する。そして、成形用ゴム材料４０が架橋硬化したら型開きすることによって、図５に示されるように、樹脂系セパレータ２とこれに一体化されたガスケット４からなる樹脂系セパレータ一体型シール構造体が得られる。

ガスケット４は、樹脂系セパレータ２のガスケット保持溝２１内に充填された部分である被保持部４１と、上型３２のシールリップ成形面３２ａ内で成形されガスケット保持溝２１から突出した部分であるシールリップ４２とからなる。そして、被保持部４１は、図３に示される型締め工程に際して樹脂系セパレータ２の隆起部２２，２２が上型３２で押しつぶされて溝内へせり出すように形成されたアンダーカット部２３，２３によって、ガスケット保持溝２１に拘束されるので、ガスケット４は、樹脂系セパレータ２に対する接着性のないゴム材料からなるものであっても、また、接着剤の塗布を行わなくても、樹脂系セパレータ２に確実に一体化される。

図６及び図７は、本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の他の形態として、樹脂系セパレータ２に形成される隆起部２２の形状変更例を示す断面図である。すなわち、図６及び図７に示される例は、いずれも、隆起部２２が、ガスケット保持溝２１と反対側を向いた面が、ガスケット保持溝２１から遠ざかるにつれて隆起高さが減少するような斜面２２ａをなしている。

このようにすれば、ガスケット成形用金型３の型締めの際に、上型３２によって押しつぶされる隆起部２２が、ガスケット保持溝２１と反対側への塑性変形が規制され、したがって、確実にガスケット保持溝２１側へせり出すように塑性変形される。

図８は、本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の、更に他の形態として、ガスケット成形用金型３の上型３２の形状変更例を示す断面図、図９は、図８の形態において、型締めによって樹脂系セパレータの隆起部を押しつぶし、ガスケット保持溝の内側面から突出するように塑性変形させる工程を示す断面図である。

すなわち、図８の形態によれば、ガスケット成形用金型３における上型３２には、樹脂系セパレータ２のガスケット保持溝２１との対向面に、シールリップ成形面３２ａが形成され、その両側に位置して、樹脂系セパレータ２の隆起部２２，２２と対向される面が、シールリップ成形面３２ａ側ほどガスケット保持溝２１から後退するような緩やかな斜面３２ｃ，３２ｃをなしている。樹脂系セパレータ２は、図１及び図２に示される例と同様の形状に成形され、すなわち隆起部２２，２２は、断面略Ｕ字形である。

上記構成において、樹脂系セパレータ２をガスケット成形用金型３にセットし、ガスケット成形用金型３を、図９に示されるように型締めすると、型締めの過程で、上型３２におけるシールリップ成形面３２ａの両側に形成された斜面３２ｃ，３２ｃが、樹脂系セパレータ２における隆起部２２，２２に圧接してこれを押しつぶす。そして、前記斜面３２ｃ，３２ｃは、シールリップ成形面３２ａ側ほどガスケット保持溝２１から後退する形状をなすため、押しつぶされた隆起部２２，２２はシールリップ成形面３２ａ側へ倒れるようにして塑性変形し、すなわち塑性変形の方向がガスケット保持溝２１側へ指向されるので、ガスケット保持溝２１の内側面２１ａ，２１ａからせり出したアンダーカット部２３，２３を確実に形成することができる。

図１０は、本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の、更に他の形態として、ガスケット成形用金型３の上型３２の形状変更例を示す断面図である。

この形態も、隆起部２２，２２の押しつぶしによる塑性変形の方向をガスケット保持溝２１側へ指向させるためのもので、すなわち、ガスケット成形用金型３における上型３２のシールリップ成形面３２ａの両側の面のうち、樹脂系セパレータ２の隆起部２２，２２の外側端部と対向される位置に、シールリップ成形面３２ａを挟んで互いに対向する段差面３２ｄ，３２ｄを形成したものである。樹脂系セパレータ２は、図１及び図２に示される例と同様の形状に成形され、すなわち隆起部２２，２２は、断面略Ｕ字形である。

したがって、上記構成において、樹脂系セパレータ２をガスケット成形用金型３にセットし、ガスケット成形用金型３を型締めすると、型締めの過程で、上型３２におけるシールリップ成形面３２ａの両側の押圧面３２ｂ，３２ｂが、樹脂系セパレータ２における隆起部２２，２２に圧接してこれを押しつぶす。そして、押しつぶされる隆起部２２，２２は、ガスケット保持溝２１と反対側への塑性変形が段差面３２ｄ，３２ｄによって規制され、すなわち塑性変形の方向がガスケット保持溝２１側へ指向されるので、この場合も、ガスケット保持溝２１の内側面２１ａ，２１ａからせり出したアンダーカット部２３，２３（図９参照）を確実に形成することができる。

本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の好ましい実施の形態において、樹脂系セパレータを成形する工程を示す断面図である。 本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の好ましい実施の形態において、樹脂系セパレータをガスケット成形用金型にセットした状態を示す断面図である。 本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の好ましい実施の形態において、型締めによって樹脂系セパレータの隆起部を押しつぶし、ガスケット保持溝の内側面から突出するように塑性変形させる工程を示す断面図である。 本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の好ましい実施の形態において、ガスケットを成形する工程を示す断面図である。 図１〜図４の工程によって製造された樹脂系セパレータ一体型シール構造体を示す断面図である。 本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の他の形態として、樹脂系セパレータに形成される隆起部の形状変更例を示す断面図である。 本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の他の形態として、樹脂系セパレータに形成される隆起部の形状変更例を示す断面図である。 本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の他の形態として、ガスケット成形用金型の上型の形状変更例を示す断面図である。 図８の形態において、型締めによって樹脂系セパレータの隆起部を押しつぶし、ガスケット保持溝の内側面から突出するように塑性変形させる工程を示す断面図である。 本発明に係る樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法の他の形態として、ガスケット成形用金型の上型の形状変更例を示す断面図である。 従来の技術によるシール構造体を示す断面図である。

符号の説明

１ 樹脂系セパレータ成形用金型
２ 樹脂系セパレータ
２１ ガスケット保持溝
２１ａ 内側面
２２ 隆起部
２２ａ 斜面
２３ アンダーカット部
３ ガスケット成形用金型
３２ａ シールリップ成形面
３２ｂ 押圧面
３２ｃ 斜面
３２ｄ 段差面
４ ガスケット
４０ 成形用ゴム材料
４１ 被保持部
４２ シールリップ
５ キャビティ

Claims (2)

1. ガスケット保持溝及びその溝肩から溝外側へ隆起した隆起部を有し燃料電池用セルに用いられる樹脂系セパレータを成形する工程と、
   前記隆起部をガスケット成形用金型により押しつぶして前記ガスケット保持溝の内側面からせり出すように塑性変形させる工程と、
   前記ガスケット成形用金型の内面と前記ガスケット保持溝との間に画成したキャビティ内に成形用ゴム材料を充填することによりガスケットを成形する工程と、
   からなることを特徴とする樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法。
2. ガスケット成形用金型に、隆起部の押しつぶしによる塑性変形をガスケット保持溝内へ指向させる斜面又は段差面が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂系セパレータ一体型シール構造体の製造方法。

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