JP5760939B2 - 成形装置及び成形方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば燃料電池におけるエンドプレート等の成形品を成形するために用いられる成形装置及び成形方法に関するものである。

従来、燃料電池において、複数の電池セルを積層してなる積層体の積層方向の両端部に配置されるエンドプレートは、合成樹脂の成形品が用いられている。しかしながら、この合成樹脂製のものは、剛性が不足して、強度に不安があるとともに、精度も出し難い。この問題を解決するためには、エンドプレートを全金属製にすることが考えられるが、金属は重くなるばかりでなく、水素や酸素に対する耐食性が足りない上に、高精度な切削加工を必要とするため、加工に手間がかかる。従って、合成樹脂と金属との欠点を補うことができるように、合成樹脂と金属との複合構造が考えられる。すなわち、エンドプレートの外枠がアルミニウム等の金属で形成されることによって、剛性及び成形精度が確保される。また、外枠に酸化剤ガス、冷却媒体及び燃料ガスの各流体出入口を含めて、合成樹脂部が射出成形されることにより、耐食性が確保される。

なお、特許文献１には、成形型内において、枠体の内部に合成樹脂を射出する複合構造の技術が開示されているが、前記枠体はシート状の合成樹脂であるため、金属と合成樹脂との複合構造とは技術分野が大きく異なる。

そこで、金属と合成樹脂との複合構造の成形には以下のような技術が考えられる。すなわち、図８（ａ）に示すように、開閉可能な第１型３１及び第２型３２を備えた成形装置が用いられる。そして、第１型３１に設けられた凹部３３内に金属製の外枠３４がセットされて、両型３１，３２が型締めされた状態で、外枠３４と第２型３２との間のキャビティ内に合成樹脂が射出されることにより、外枠３４内に合成樹脂部３５が成形される。

特開２０１１−９３２４３号公報

ところが、この成形装置においては、外枠３４の外形寸法の誤差を許容するために、図８（ａ）に示すように、第１型３１の凹部３３の外形寸法が外枠３４の外形寸法よりも大きくなるように形成される。このように構成した場合には、外枠３４が凹部３３内にセットされたとき、外枠３４の外周と凹部３３の内周との間に隙間３６が形成される。そして、図８（ｂ）に示すように、外枠３４内に合成樹脂部３５が射出成形されるとき、その成形圧力により外枠３４の外周部が隙間３６側，すなわち外側に変形されるとともに、その変形によって外枠３４と第２型３２との間に間隙が形成されて、その間隙を通して外枠３４の外周側に樹脂漏れが発生される。また、場合によっては、前記の変形によって外枠３４にひびや欠けが形成されてしまうおそれがあった。これを防止するためには、外枠３４として、肉が厚く変形し難いものを用いればよいが、このようにすれば、重量と外径が過大となり、特に車両用の燃料電池には不都合である。

これに対し、図８（ｃ）に示すように、第１型３１の凹部３３の外形寸法を外枠３４の外形寸法とほぼ同一となるように形成して、凹部３３に対する外枠３４のセット時に、外枠３４の外周と凹部３３の内周との間に隙間３６が形成されないように構成すれば、外枠３４の変形や、樹脂漏れの問題は生じない。しかしながら、このように構成した場合には、合成樹脂部３５の射出成形時に、外枠３４の外周部が合成樹脂部３５の圧力や熱により、凹部３３の内周面に固着して、凹部３３からの成形品の脱型が困難になるという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、外枠に対する合成樹脂部の射出成形時に、成形圧力や熱によって外枠の外周部が変形することを抑制することができる成形装置及び成形方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、成形装置に係る発明では、開閉可能な第１型及び第２型よりなり、第１型内に金属製の外枠をセットするための凹部を形成するとともに、第２型には前記外枠内に合成樹脂を注入するためのゲートを設けた成形装置において、前記第１型と第２型とのいずれか一方には、型締め時に前記外枠の外周を押さえ可能な押さえ部材を、押さえ位置と、その押さえ位置から退避する退避位置とに移動可能に設け、前記押さえ部材は、前記第１型に形成された斜面に沿って移動可能とされていることを特徴としている。

従って、この発明の成形装置においては、押さえ位置の押さえ部材が外枠の外周を押さえた状態になる。よって、外枠の外形寸法に誤差があっても、外枠の外周部が成形圧力により外側に変形することを抑制することができるともに、その変形に伴って外枠の外周側に樹脂漏れが発生するおそれを防止することができる。

前記の成形装置において、前記押さえ部材は、注入された合成樹脂によって応力が集中する部分に対応して配置するとよい。
前記の成形装置において、前記押さえ部材は、斜面の作用によって外枠に押さえ力を付与するように構成するとよい。

上記の目的を達成するために、開閉可能な第１型及び第２型よりなり、第１型内に金属製の外枠をセットするための凹部を形成するとともに、第２型には前記外枠内に合成樹脂を注入するためのゲートを設けた成形装置において、前記第１型と第２型とのいずれか一方には、型締め時に前記外枠の外周を押さえ可能な押さえ部材を、押さえ位置と、その押さえ位置から退避する退避位置とに移動可能に設け、前記押さえ部材は、押さえ位置において第１型と第２型との間のパーティングラインから没入配置されることを特徴としている。
前記の成形装置において、前記押さえ部材は、駆動手段によって押さえ位置と退避位置との間を移動されるように構成するとよい。

前記成形装置において、前記押さえ部材は、スプリングによって退避位置に移動されるようにするとよい。
前記の成形装置において、前記押さえ部材は、退避位置において前記凹部に対する外枠の脱着範囲外に配置されるように構成するとよい。

また、成形方法に係る発明では、前記のような構成の成形装置における第１型の凹部内に金属製の外枠をセットして、型締めするとともに、押さえ部材により外枠の外周を押さえ、その状態において外枠の内部に合成樹脂を射出成形することを特徴としている。

以上のように、この発明によれば、外枠に対する合成樹脂部の射出成形時に、成形圧力により外枠の外周部が変形することを抑制することができるという効果を発揮する。

第１実施形態の成形装置を第２型の破断状態で示す平面図。 図１の２−２線における断面図。 図２の３−３線における部分断面図。 （ａ）（ｂ）は第２実施形態の成形装置を示す部分断面図。 成形装置の変更例を示す部分断面図。 成形装置の別の変更例を示す部分断面図。 成形装置のさらに別の変更例を示す部分断面図。 （ａ）〜（ｃ）は従来の成形装置による成形品の成形例を示す部分断面図。

（第１実施形態）
以下に、この発明を具体化した第１実施形態を、図１〜図３に従って説明する。
まず、射出成形品としての燃料電池のエンドプレートの構成について説明する。図１及び図２に示すように、エンドプレート１１は、アルミニウム等の金属によって鋳造により成形された後に切削加工された外枠１２と、その外枠の内面に射出成形された合成樹脂部１３とにより、全体としてほぼ四角板状をなすように構成されている。合成樹脂部１３には補強用のファイバー１３ａが混入されている。エンドプレート１１の合成樹脂部１３の部分において一側部の表裏両面間には、酸化剤ガス入口１４Ａ、冷却媒体入口１４Ｂ及び燃料ガス入口１４Ｃが貫通形成されている。各流体入口１４Ａ〜１４Ｃより内側における合成樹脂部１３の部分においてエンドプレート１１の表裏両面間には、酸化剤ガス出口１５Ａ、冷却媒体出口１５Ｂ及び燃料ガス出口１５Ｃが貫通形成されている。エンドプレート１１の合成樹脂部１３の内面には、各流体出口１５Ａ〜１５Ｃに連通する溝状の酸化剤ガス通路１６Ａ、冷却媒体通路１６Ｂ及び燃料ガス通路１６Ｃが貫通形成されている。前記酸化剤ガス入口１４Ａ、冷却媒体入口１４Ｂ及び燃料ガス入口１４Ｃの内周面と、酸化剤ガス出口１５Ａ、冷却媒体出口１５Ｂ及び燃料ガス出口１５Ｃの内周面とは合成樹脂部１３によって被覆されている。従って、酸化剤ガスや燃料ガスは、外枠１２には接触しないようになっている。

次に、前記エンドプレート１１を射出成形するための成形装置について説明する。図１及び図２に示すように、成形装置には、図示下側の第１型２１と、その第１型２１上に開閉可能に配置された上側の第２型２２とが装備されている。第１型２１の図示上面には、前記エンドプレート１１の外枠１２をセットするための凹部２３が形成されている。第２型２２には、凹部２３内の外枠１２上に合成樹脂を注入するための複数のゲート２４が設けられている。

図１及び図３に示すように、前記第２１型２１の凹部２３には、第１型２１と第２型２２との型締め時に外枠１２の外周を押さえるための押さえ部材２５が、押さえ位置Ｐ１と、その押さえ位置Ｐ１から図示上方に退避する退避位置Ｐ２との間で上下方向へ移動可能に配置されている。この押さえ部材２５は、外枠１２の外周において注入された合成樹脂によって応力が集中する部分、実施形態では酸化剤ガス入口１４Ａ、燃料ガス入口１４Ｃ、酸化剤ガス出口１５Ａ及び燃料ガス出口１５Ｃに隣接した外枠１２の外周側の部分，言い換えれば図１及び図３に示すように、酸化剤ガス入口１４Ａ、燃料ガス入口１４Ｃ、酸化剤ガス出口１５Ａ及び燃料ガス出口１５Ｃの形成によって幅狭になった部分１２ａと対応する４箇所に配置されている。第１型２１には、各押さえ部材２５を押さえ位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間で移動させるための駆動手段としての複数のシリンダ２６が設けられている。

図３に示すように、前記各押さえ部材２５の外側面には、上方側ほど外枠１２の外周から離れる方向に傾斜した斜面２５ａが形成されている。凹部２３の周面には、各押さえ部材２５の斜面２５ａに係合可能な斜面２７が形成されている。そして、図３に実線で示すように、シリンダ２６の引き込み動作により、押さえ部材２５が押さえ位置Ｐ１に移動配置されたとき、両斜面２５ａ，２７の係合にともなうカム作用により、押さえ部材２５が外枠１２側に付勢されて、外枠１２に対して押さえ力が付与されるようになっている。

また、前記押さえ部材２５は、図３に実線で示すように押さえ位置Ｐ１に配置された状態において、第１型２１と第２型２２との間のパーティングラインＬ１から凹部２３内に没入して配置されて、両型２１，２２の型締め動作に支障を来さないようになっている。さらに、押さえ部材２５は、図３に鎖線で示すように退避位置Ｐ２に配置された状態において、凹部２３内への外枠１２の脱着範囲の外側に配置されて、脱着される外枠１２と干渉しないようになっている。

次に、前記のように構成された成形装置により、射出成形品としてのエンドプレート１１を射出成形する場合の成形方法について説明する。
この成形装置の成形開始前には、第２型２２が第１型２１から図示上方に離間されて、第１型２１の上面が開放されている。このとき、各押さえ部材２５は、図３に鎖線で示すように、第１型２１の凹部２３内から図示上方に突出するとともに、外枠１２の脱着に邪魔にならない退避位置Ｐ２に配置されている。この状態で、第１型２１の凹部２３内に金属製の外枠１２がセットされる。そして、この外枠１２のセット状態において、図３に実線で示すように、シリンダ２６の没入動作により、各押さえ部材２５が押さえ位置Ｐ１に移動されて、斜面２５ａ，２７の係合にともなうカム作用により、外枠１２の外周が押さえられる。それとともに、第２型２２が第１型２１に向かって接近移動されて、両型２１，２２が型締めされる。

その後、第２型２２のゲート２４から外枠１２と第２型２２との間のキャビティ内に合成樹脂が注入されることにより、外枠１２内にファイバー１３ａを混入した合成樹脂部１３が射出成形されて、射出成形品としてのエンドプレート１１が形成される。このとき、注入された合成樹脂によって応力が集中する部分と対応する外枠１２の外周が、押さえ部材２５により押さえられた状態にあるため、その外枠１２の外周部が成形圧力により外側に変形するおそれはない。

このように、射出成形が終了すると、第１型２１，第２型２２間が開かれるとともに、押さえ部材２５が押さえ位置からエンドプレート１１の脱型と干渉しない位置に移動される。従って、成形されたエンドプレート１１を押さえ部材２５に邪魔されることなく脱型できる。

そして、このように成形されたエンドプレート１１は、金属製の外枠１２によって剛性及び精度が確保され、合成樹脂部１３によって耐食性及びセルとのシール性が確保される。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） この成形装置においては第１型２１に、型締め時に外枠１２の外周を押さえ可能な押さえ部材２５が、押さえ位置Ｐ１と、その押さえ位置Ｐ１から退避する退避位置Ｐ２とに移動可能に設けられている。

このため、押さえ部材２５が退避位置Ｐ２に移動配置されて、外枠１２の外周と凹部２３の内周との間に隙間が形成された状態で、外枠１２を凹部２３内へ余裕をもって容易にセットしたり、脱型したりすることができる。また、外枠１２に対する合成樹脂部の射出成形時には、押さえ部材２５が押さえ位置Ｐ１に移動配置されて、外枠１２の外周が押さえられた状態になる。よって、外枠１２の外形寸法に誤差があっても、外枠１２の外周部が成形圧力により外側に変形することを抑制することができる。このため、その変形に伴って外枠１２の外周側に樹脂漏れが発生したり、外枠１２にひびや割れが生じたりするおそれを防止することができる。このため、外枠１２として、肉の薄いものを用いることができて、燃料電池の軽量小型化に寄与できる。

（２） この成形装置においては、前記押さえ部材２５が、注入された合成樹脂によって応力が集中する部分に対応して配置されている。このため、外枠１２の外周部が変形するおそれを効果的に抑制することができる。

（３） この成形装置においては、前記押さえ部材２５が、斜面２５ａ，２７の作用によって外枠１２に押さえ力を付与するように構成されている。このため、押さえ部材２５が押さえ位置Ｐ１に配置された状態で、簡単な構成をもって外枠１２の外周を強固に押さえることができる。

（４） この成形装置においては、前記押さえ部材２５が、押さえ位置Ｐ１において第１型２１と第２型２２との間のパーティングラインＬ１から没入されるようになっている。このため、外枠１２や押さえ部材２５に形状誤差が生じたりした場合でも、押さえ部材２５が押さえ位置においてパーティングラインＬ１から突出することを防止できる。従って、第１型２１と第２型２２との型締め動作に支障が生じるおそれを防止することができる。

（５） この成形装置においては、前記押さえ部材２５が、駆動手段としてのシリンダ２６によって押さえ位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間を移動されるように構成されている。このため、シリンダ２６により押さえ部材２５を押さえ位置Ｐ１と退避位置Ｐ２とに容易に切り換え配置させることができる。

（６） この成形装置においては、前記押さえ部材２５が、退避位置Ｐ２において凹部２３に対する外枠１２の脱着範囲外に配置されるようになっている。このため、凹部２３に対する外枠１２の脱着時に、退避位置Ｐ２の押さえ部材２５が外枠１２と干渉するおそれを防止することができる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を前記第１実施形態と異なる部分を中心に図４（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。

この第２実施形態においては、第１型２１に形成した凹部２８内に押さえ部材２５がパーティングラインＬ１に沿って押さえ位置Ｐ１と退避位置Ｐ２とに移動可能に設置されるとともに、この押さえ部材２５はスプリング２５ｃにより外枠１２の位置から外枠１２から退避位置Ｐ２の方向に付勢されている。押さえ部材２５には斜面２５ａが形成されとともに、斜面２５ａの傾斜角度と同じ傾斜角度のガイド孔２５ｂが形成されている。

第２型２２には、前記押さえ部材２５と対向する位置に作動部材２９が固定されており、この作動部材２９には前記斜面２５ａと対応する斜面２９ａが形成されている。作動部材２９には、前記ガイド孔２５ｂに対応するガイドピン３０が固定されている。

そして、図４（ａ）に示す型開き時には、スプリング２５ｃの付勢力により、押さえ部材２５が外枠１２の脱着に干渉しない退避位置Ｐ２に移動され、作動部材２９及びガイドピン３０がそれぞれ押さえ部材２５及びガイド孔２５ｂから離間される。そして、外枠１２に対して合成樹脂部３５を射出成形する型締め時には、ガイドピン３０がガイド孔２５ｂ内に挿入されるとともに、作動部材２９の斜面２９ａが押さえ部材２５の斜面２５ａに係合される。このため、カム作用により、押さえ部材２５がスプリング２５ｃの付勢力に抗して外枠１２側の押さえ位置Ｐ１に移動されて、外枠１２の縁部が押さえられる。

従って、この実施形態においては、前記第１実施形態の（５）の効果を除く効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（７） この実施形態においては、押さえ部材２５がスプリング２５ｃの作用により退避位置Ｐ２に移動されるとともに、ガイドピン３０及びガイド孔２５ｂと斜面２９ａ，２５ａとのカム作用により外枠１２を押さえる押さえ位置Ｐ１に移動される。従って、この実施形態においては、押さえ部材２５を移動させるためのシリンダ等の駆動手段が不要となり、構成が簡単になる。

（変更例）
なお、この発明は、前記実施形態以外に以下のように変更して具体化することも可能である。

・ 図５に示すように、押さえ部材２５を第１型２１の凹部２３内において横方向に移動可能に配置し、第１型２１の外側部に配置された駆動手段としてのシリンダ２６により、外枠１２の外周を押さえる押さえ位置Ｐ１と、そこから退避した退避位置Ｐ２とに移動配置されるように構成すること。

・ 図６に示すように、押さえ部材２５及びシリンダ２６を第２型２２側に設け、押さえ部材２５がその第２型２２側から第１型２１の斜面２７に対して係合して、外枠１２を押さえるように構成すること。

・ 図７に示すように、押さえ部材２５をバルーン状のものとし、その押さえ部材２５内にオイルやエア等の流体を圧入することにより押さえ部材２５が膨張して外枠１２を押さえ、流体の圧入を解除することにより押さえ部材２５による外枠１２の押さえが解放されるように構成すること。なお、この構成においては、押さえ部材２５が必要以上に膨張しないように、押さえ部材２５の延びを抑制するためのポリアミド樹脂等の難伸長性のネットを押さえ部材２５の外側面に貼り付けたり、押さえ部材２５内に埋設したりするとよい。

・ 押さえ部材２５を、手作業により、外枠１２の外周を押さえる押さえ位置Ｐ１と、そこから退避した退避位置Ｐ２とに移動させ得るように構成すること。つまり、押さえ部材２５を第１型２２の凹部２３内から取り外せるように構成すること。

・ 前記第２実施形態において、ガイドピン３０及びガイド孔２５ｂを省略し、斜面２９ａ，２５ａのカム作用により押さえ部材２５が押さえ位置Ｐ１に移動されるように構成すること。

・ 前記第２実施形態において、斜面２９ａ，２５ａを省略し、ガイドピン３０及びガイド孔２５ｂのカム作用により押さえ部材２５が押さえ位置Ｐ１に移動されるように構成すること。

１１…射出成形品としてのエンドプレート、１２…外枠、１３…合成樹脂部、２１…第１型、２２…第２型、２３…凹部、２４…ゲート、２５…押さえ部材、２５ａ…斜面、２６…駆動手段としてのシリンダ、２７…斜面、Ｐ１…押さえ位置、Ｐ２…退避位置、Ｌ１…パーティングライン。

Claims (8)

1. 開閉可能な第１型及び第２型よりなり、第１型内に金属製の外枠をセットするための凹部を形成するとともに、第２型には前記外枠内に合成樹脂を注入するためのゲートを設けた成形装置において、
   前記第１型と第２型とのいずれか一方には、型締め時に前記外枠の外周を押さえ可能な押さえ部材を、押さえ位置と、その押さえ位置から退避する退避位置とに移動可能に設け、
   前記押さえ部材は、前記第１型に形成された斜面に沿って移動可能とされていることを特徴とする成形装置。
2. 前記押さえ部材は、注入された合成樹脂によって応力が集中する部分に対応して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記押さえ部材は、斜面の作用によって外枠に押さえ力を付与することを特徴とする請求項１または２に記載の成形装置。
4. 開閉可能な第１型及び第２型よりなり、第１型内に金属製の外枠をセットするための凹部を形成するとともに、第２型には前記外枠内に合成樹脂を注入するためのゲートを設けた成形装置において、
   前記第１型と第２型とのいずれか一方には、型締め時に前記外枠の外周を押さえ可能な押さえ部材を、押さえ位置と、その押さえ位置から退避する退避位置とに移動可能に設け、
   前記押さえ部材は、押さえ位置において第１型と第２型との間のパーティングラインから没入配置されることを特徴とする成形装置。
5. 前記押さえ部材は、駆動手段によって押さえ位置と退避位置との間を移動されることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の成形装置。
6. 前記押さえ部材は、スプリングによって退避位置に移動されることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の成形装置。
7. 前記押さえ部材は、退避位置において前記凹部に対する外枠の脱着範囲外に配置されることを特徴とする請求項５または６に記載の成形装置。
8. 請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の成形装置における第１型の凹部内に金属製の外枠をセットして、型締めするとともに、押さえ部材により外枠の外周を押さえ、その状態において外枠の内部に合成樹脂を射出成形することを特徴とする成形方法。

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