JP5803551B2

JP5803551B2 - 射出成形品

Info

Publication number: JP5803551B2
Application number: JP2011226980A
Authority: JP
Inventors: 慶明増渕; 茂則廣田
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: JP2013086303A

Description

この発明は、例えば燃料電池のエンドプレート等に用いられる射出成形品に関するものである。

従来、例えば燃料電池において、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、成形の容易さや耐食性を得るため特許文献１に示すように全合成樹脂製が普通である。しかしながら、合成樹脂製のエンドプレートは金属製のものと比較して剛性（強度）が乏しく、寸法安定性等の精度も不足する。

この問題を解消するために、金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品が考えられる。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。

この種の射出成形品を成形する場合には、開閉可能な一対の型を備えた成形装置が用いられる。そして、一方の型に設けられた凹部内に金属製の外枠がセットされて、両型が型締めされた状態で、外枠と他方の型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、外枠内に合成樹脂部が射出成形される。

特開２０１１−８６５４９号公報

ところが、このように射出成形された射出成形品においては、成形後の冷却時や、製品としての使用環境下における急激な温度変化時に、金属製の外枠と合成樹脂部との間において、両者の収縮率や線膨張係数の差から伸縮量に差が生じ、合成樹脂部が大きく収縮したり、金属の外枠が大きく膨張したりする。この合成樹脂部の収縮や外枠の膨張により、合成樹脂部の応力集中部に割れや欠けが生じ易いという問題があった。例えば、図８に示すように、射出成形品３１において、金属製の外枠３２の凸部３２ａ上に合成樹脂部３３が被覆成形された箇所では、収縮量や膨張量に差により合成樹脂部３３が中央部側に引っ張られて応力が発生し、その応力が集中する部分、例えば合成樹脂部３３の角部付近に割れ３４や欠けが生じ易かった。

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。この発明の目的は、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができる射出成形品を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品において、前記外枠と合成樹脂部との間には、温度低下にともなうそれらの伸縮に際して応力を分散するための凹凸形状の応力分散部を設け、前記応力分散部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されており、前記凸部の根元は円弧状に形成されていることを特徴としている。

従って、この発明の成形品においては、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、金属製の外枠と合成樹脂部との間で伸縮量に差が生じて、その伸縮量の差により合成樹脂部に応力が発生しても、その応力が外枠と合成樹脂部との間の応力分散部において分散される。よって、合成樹脂部の一部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができる。

また、前記の構成において、前記合成樹脂部には強化繊維を含有させ、前記応力分散部は前記強化繊維の主たる配向方向に沿う方向の複数箇所に配置するとよい。

また、前記の構成において、前記外枠と合成樹脂部との間には、合成樹脂部の縁部の湾曲変形を抑止するようにその縁部を保持するための保持部を設けるとよい。
このように構成した場合には、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部の収縮により、合成樹脂部の縁部に湾曲変形が生じようとしても、その縁部の湾曲変形が保持部の保持作用によって抑止される。よって、合成樹脂部の縁部が外枠上から剥離するおそれを防止することができる。

前記の構成において、前記保持部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されていることが好ましい。

以上のように、この発明によれば、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部の一部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができるという効果を発揮する。

実施形態の射出成形品を示す斜視図。燃料電池を示す正面図。実施形態の射出成形品を成形するための成形装置を第２型の破断状態で示す平面図。図３の４−４線における断面図。図３の５−５線における部分拡大断面図。図４の６−６線における部分拡大断面図。射出成形品の変更例を示す部分断面図。従来の射出成形品を示す断面図。従来の射出成形品の別の構成を示す部分断面図。

以下に、この発明を燃料電池のエンドプレートに具体化した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１及び図２に示すように、燃料電池１０のセル３０群の両端に用いられる射出成形品としてのエンドプレート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るとともに、切削加工された外枠１２と、その外枠１２の内面に射出成形された合成樹脂部１３とにより構成されている。合成樹脂部１３の全体には、強化繊維１３ｂ（図４参照）が含有されている。図２及び図３に示すように、エンドプレート１１の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の図３の右側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の内面（図２の上面）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。そして、前記合成樹脂部１３が各流体入口１４Ａ〜１４Ｃ、流体出口１５Ａ〜１５Ｃ及び流体通路１６Ａ〜１６Ｃの内面を被覆するように形成されている。

図３及び図５に示すように、前記冷却媒体入口１４Ｂと冷却媒体出口１５Ｂとの間の中間部や流体通路１６Ａ〜１６Ｃ間の部分等、外枠１２の上方（図３の紙面直交方向）への突出部分において、外枠１２と合成樹脂部１３との間には、合成樹脂部１３の成形後の温度低下や使用環境下における急激な温度変化にともなう外枠１２と合成樹脂部１３の伸縮量の差に起因した応力を分散するための凹凸形状の応力分散部１７が形成されている。この応力分散部１７は、後述する成形装置のゲート２４から注入される合成樹脂に含有されて、その合成樹脂の流動方向に配向される強化繊維１３ｂの主たる配向方向の方向に沿って複数箇所に配置されている。各応力分散部１７は、外枠１２の鋳造時に外枠１２の上面に成形され、または外枠１２の鋳造後に外枠１２の上面に切削加工された断面四角溝状をなし、前記の主たる配向方向の方向と交差する方向に延びる孔１７ａと、その孔１７ａ内に位置する合成樹脂部１３の凸部１７ｂとにより構成されている。

図３及び図６に示すように、前記合成樹脂部１３の強化繊維１３ｂの主たる配向方向の方向に沿った両側縁部において、外枠１２と合成樹脂部１３との間には、合成樹脂部１３の縁部１３ａの湾曲変形を抑止するようにその縁部１３ａを保持するための複数の保持部１８が設けられている。各保持部１８は、外枠１２の鋳造時に外枠１２の上面に成形され、または外枠１２の鋳造後に外枠１２の上面に切削加工された断面四角溝状をなし、主たる配向方向に沿って延びる孔１８ａと、その孔１８ａ内に合成樹脂部１３から一体に形成された凸部１８ｂとにより構成されている。

次に、前記のような構成のエンドプレート１１を射出成形するための成形装置及び成形方法について説明するとともに、前記応力分散部１７及び保持部１８の作用について説明する。図３及び図４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図示上側の第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。

そして、この成形装置によりエンドプレート１１を射出成形する場合には、両型２１，２２が型開きされた状態で、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強化繊維１３ｂ入りの合成樹脂が注入されることにより、外枠１２内に合成樹脂部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。

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燃料電池セル３０とのシール性が確保される。

エンドプレート１１の成形後の冷却時やエンドプレート１１の製品としての使用環境下における急激な温度変化時には、金属製の外枠１２と合成樹脂部１３との間の伸縮量の差により、冷却媒体入口１４Ｂと冷却媒体出口１５Ｂとの中間部や流体通路１６Ａ〜１６Ｃ間の部分等の外枠１２の上方への突出部分において、合成樹脂部１３に引っ張り応力が発生する。ところが、この合成樹脂部１３には、前記各部分の複数箇所に、図５に示すように、孔１７ａと凸部１７ｂとよりなる応力分散部１７が設けられているため、合成樹脂部１３に生じる応力がこれらの複数箇所の応力分散部１７の孔１７ａと凸部１７ｂとの係合により受け止められて分散される。よって、合成樹脂部１３における冷却媒体入口１４Ｂ及び冷却媒体出口１５Ｂの開口縁部等の特定箇所に応力が集中することを抑制できて、割れや欠けが生じるおそれはない。さらに、応力分散部１７の根元を円弧状に形成することにより、その根元部の応力集中を抑制し、応力分散部１７の割れや欠けを防止することができる。

また、前記エンドプレート１１の成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時には、合成樹脂部１３の温度低下にともなう収縮により、合成樹脂部１３の縁部１３ａに湾曲変形が生じようとする。この湾曲変形は、前記主たる配向方向の方向に沿って延びる縁部１３ａに生じやすい。

すなわち、図９に示すように、実施形態とは異なる射出成形品３１において、金属製の外枠３２の凹部３２ｂ上に合成樹脂部３３が被覆成形されて、合成樹脂部３３の縁部３３ａが外枠３２上に接合配置された箇所では、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部３３の温度低下にともなう収縮により、縁部３３ａが湾曲変形して外枠３２上から剥離し易い。このように、縁部３３ａが湾曲変形して剥離すると、この縁部３３ａの強度が低下するばかりでなく、エンドプレート１１と燃料電池セル３０との間のシール性が低下する。

ところが、この実施形態の合成樹脂部１３の縁部１３ａと外枠１２との間には、図６に示すように、孔１８ａと凸部１８ｂとよりなる保持部１８が設けられている。このため、合成樹脂部１３に作用する収縮力によって前記凸部１８ｂが孔１８ａの内面に高い圧力で保持される。そして、この保持によって縁部１３ａの湾曲変形が抑止される。よって、合成樹脂部１３の縁部１３ａが変形することはなく、縁部１３ａが外枠１２上から剥離するおそれはない。なお、この保持部１８も、前記応力分散部１７と同様に、合成樹脂部１３に作用する応力を分散する機能を有する。従って、この保持部１８によっても合成樹脂部１３に割れや欠けが生じることを防止できる。

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）この射出成形品においては、金属製の外枠１２と合成樹脂部１３との間には、応力を分散するための凹凸形状の応力分散部１７が設けられている。このため、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、金属製の外枠１２と合成樹脂部１３との間の伸縮量の差により合成樹脂部１３に応力が発生しても、その応力が外枠１２と合成樹脂部１３との間の応力分散部１７において分散される。よって、合成樹脂部１３の一部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができる。

（２）この射出成形品においては、前記応力分散部１７が外枠１２上に設けられた孔１７ａと、その孔１７ａ内に合成樹脂部１３から形成された凸部１７ｂとより構成されている。このため、応力分散部１７の構成が簡単であるとともに、合成樹脂部１３の一部に応力が集中するおそれを有効に抑制することができる。

（３）この射出成形品においては、前記合成樹脂部１３に強化繊維１３ｂが含有され、前記応力分散部１７が強化繊維の配向方向に沿う方向の複数箇所に配置されている。このため、合成樹脂部１３上に強化繊維１３ｂの主たる配向方向に沿って割れが生じるおそれを複数個所の応力分散部１７によって効果的に抑制することができる。

（４）この射出成形品においては、前記外枠１２と合成樹脂部１３との間に、合成樹脂部１３の縁部１３ａの湾曲変形を抑止するようにその縁部１３ａを保持する保持部１８が設けられている。このため、成形後の冷却時に、合成樹脂部１３の温度低下にともなう収縮により、合成樹脂部１３の縁部１３ａに湾曲変形が生じようとしても、その縁部１３ａの湾曲変形が保持部１８の保持作用によって抑止される。よって、合成樹脂部１３の縁部１３ａが外枠１２上から剥離するおそれを防止することができる。

（５）この射出成形品においては、前記保持部１８が外枠１２上に設けられた孔１８ａと、その孔１８ａ内に位置する合成樹脂部１３の一部に形成された凸部１８ｂとより構成されている。このため、保持部１８の構成が簡単であるとともに、成形後の冷却時に、合成樹脂部１３の縁部１３ａが湾曲変形するおそれを有効に抑止することができる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・図７に示すように、前記保持部１８の孔１８ａをその側面が傾斜したアリ溝状に形成すること。このようにすれば、合成樹脂部１３の縁部１３ａの保持力が強くなり、縁部１３ａの湾曲変形をいっそう有効に防止できる。なお、図７においては、孔１８ａの両側面が傾斜しているが、一方の側面のみが傾斜してもよい。

・図７に示す保持部１８の構造と同様に、前記応力分散部１７の孔１７ａをアリ溝状に形成すること。
・応力分散部１７を合成樹脂部１３の少なくともひとつの流体通路１６Ａ〜１６Ｃと対応する位置に設けること。

・応力分散部１７の孔１７ａを断面円形状等の他の形状に形成すること。
・保持部１８の孔１８ａを断面円形状等の他の形状に形成すること。
（他の技術的思想）
前記実施形態から把握される技術的思想を以下に列挙する。

（Ａ）金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品において、
前記外枠と合成樹脂部との間には、合成樹脂部の縁部の湾曲変形を抑止するようにその縁部を保持するための保持部を設けたことを特徴とする射出成形品。

このように構成すれば、成形後の冷却時に、合成樹脂部の縁部が湾曲変形して外枠上から剥離するおそれを防止することができる。
（Ｂ）前記保持部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されていることを特徴とする前記技術的思想（Ａ）項に記載の射出成形品。

（Ｃ）前記合成樹脂部は強化繊維を含有し、前記保持部は前記強化繊維の主たる配向方向に沿う方向の複数箇所に配置されていることを特徴とする前記技術的思想（Ａ）または（Ｂ）項に記載の射出成形品。

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、１３ａ…縁部、１３ｂ…強化繊維、１７…応力分散部、１７ａ…孔、１７ｂ…凸部、１８…保持部、１８ａ…孔、１８ｂ…凸部、３１…射出成形品。

Claims

金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品において、
前記外枠と合成樹脂部との間には、温度低下にともなうそれらの伸縮に際して応力を分散するための凹凸形状の応力分散部を設け、
前記応力分散部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されており、
前記凸部の根元は円弧状に形成されていることを特徴とする射出成形品。
前記合成樹脂部は強化繊維を含有し、前記応力分散部は前記強化繊維の主たる配向方向に沿う方向の複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形品。
前記外枠と合成樹脂部との間には、合成樹脂部の縁部の湾曲変形を抑止するようにその縁部を保持するための保持部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形品。
前記保持部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されていることを特徴とする請求項３に記載の射出成形品。