JP6097009B2 - 撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートの製造方法 - Google Patents
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Description
また、カソード12及びアノード14の最外部分には、ガス拡散層16(GDL:Gas Diffusion Layer)及びガスケット18(Gasket)が順に積層されて、ガス拡散層16の外側には、燃料を供給し、反応により発生された水を排出するように流路(Flow Field)が形成された分離板20が配置される。
この際、エンドプレート30の内側には、スタックから発生した電気を集めて外部に送る集電板33が取り付けられる。
したがって、スタックのアノード14では、水素の酸化反応が進行し、水素イオン(Proton)と電子(Electron)が発生し、ここで生成した水素イオンと電子は、それぞれ電解質膜10と分離板20を介してカソード12極に移動し、カソード12極では、アノード14極から移動した水素イオンと電子、空気中の酸素が参与する電気化学反応よって水を生成し、この電子の流れから最終的に生成された電気エネルギーは、エンドプレート30の集電板33を通じて、電気エネルギーを必要とするモータや電装設備に供給される。
また、図9に示すとおり、従来のエンドプレート30は、軽量化及び電気的絶縁のために、一体型金属インサート31、プラスチック射出物32、集電板33から構成される。
即ち、金属インサート31を射出金型内に配置した後、射出金型内にプラスチック射出材料を充填させることにより、金属インサート31がプラスチック射出物32で取り囲まれたエンドプレート30が完成される。
エンドプレート30の金属インサートは、内部面圧に耐えるために高剛性特性が要求され、そのため、一般に金属材質を機械加工して製作され、また、スタックの生産電気を集電し、かつ、スタックを締結するために複雑な形状に製作される。
第一に、金属インサートの軽量化のための肉抜き構造加工時、射出成形に困難がある。
即ち、エンドプレートの射出後、樹脂表面は、漏気防止のためにガスケットと密着されるために溝や凹凸が発生してはならないが、金属インサートに肉抜き構造を適用時、プラスチック射出物をなす樹脂の肉厚が一定でない場合、樹脂の収縮により表面に溝や凹凸が発生する問題がある。
特に、一体型金属インサートの場合、重量減少のための肉抜き構造としてポケット加工をする場合、射出物の肉厚を一定に保持し難い問題点がある。
第三に、一体型金属インサートは、一つの素材のみを使用しなければならないため、軽量化及び剛性の改善のための異種素材の適用が困難であるという問題がある。
したがって、既存の一体型金属インサートと異なり、特定形状を有する2枚以上のプレートを積層させたサンドイッチインサートを製作し、剛性を保持すると共に軽量化を図っている。
図1、3、5、7は、本発明の実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
本発明は、両端部に水素/空気/冷却水が流れるマニフォールド部が形成されたサンドイッチインサート100と、サンドイッチインサート100をプラスチック射出材で包み込みながら射出されたプラスチック射出物300とから構成される燃料電池用エンドプレートを提供するもので、サンドイッチインサート100をプラスチック射出物300で包み込む射出工程時、サンドイッチインサート100が射出樹脂圧により撓んでしまう現象を防止するために、サンドイッチインサート100に撓み防止プレート200を結合させた点に特徴がある。
このような構造で備えられたサンドイッチインサート100を、射出金型400の空間中央部に配置した後、射出金型の内表面とサンドイッチインサート100の外表面間の空間にプラスチック樹脂を注入することにより、サンドイッチインサート100の外表面がプラスチック射出物300に包み込まれて射出成形される。
しかし、プラスチック樹脂が射出金型400の底部から注入される時、樹脂圧がサンドイッチインサート100の中央領域に作用することにより、サンドイッチインサート100の中央領域が微細に撓んでしまう現象が発生する。
本発明は、サンドイッチインサート100の撓み現象を防止するために、サンドイッチインサート100に撓み防止プレート200を結合させた点にその特徴がある。
ここで、本発明による燃料電池エンドプレートのサンドイッチインサートに結合される撓み防止プレートの各実施例を説明する。
図1は、本発明の第1実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第1実施例による撓み防止プレート200は、大直径部202と小直径部204とが同一の径方向に垂直な厚さを有して一体に形成された形状で備えられ、下側の大直径部202と上側の小直径部204は、帽子(HAT)状をなしている。
このように備えられた撓み防止プレート200は、サンドイッチインサート100に密着されて射出金型内に共に配置される。
より詳細には、図2に示したとおり、サンドイッチインサート100を射出金型400の空間中央部に配置する時、撓み防止プレート200の大直径部202の底面を、サンドイッチインサート100の最外側に位置する最外プレート110の外表面に密着させると同時に、小直径部204の上面を射出金型400の上面に密着させる。
この際、射出成形時の樹脂圧がサンドイッチインサート100の底面に直接作用しても、その反対面であるサンドイッチインサート100の最外プレート110が撓み防止プレート200により支えられる状態になるため、樹脂圧によりサンドイッチインサート100が撓んでしまう現象を防止することができる。
特に、撓み防止プレート200の大直径部202と小直径部204間の段差部206がプラスチック射出物300に包み込まれて射出されることにより、射出工程が終了した後も撓み防止プレート200が抜けることのないロック状態になる。
一方、エンドプレートの内面側、即ち、撓み防止プレート200の反対面には、燃料電池スタックから生産される電気を集電する集電板500が付着される。
図3は、本発明の第2実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第2実施例による撓み防止プレート200は、大直径部202と小直径部204とが一体に形成され、大直径部202が小直径部204より肉厚の形状で備えられ、下側の大直径部202と上側の小直径部204は、帽子(HAT)状をなしている。
このように備えられた撓み防止プレート200は、サンドイッチインサート100に密着されつつ射出金型内に共に配置される。
より詳細には、図4に示したとおり、サンドイッチインサート100を射出金型400の空間中央部に配置する時、撓み防止プレート200の大直径部202の底面を、サンドイッチインサート100の最外側に位置する最外プレート110の外表面に形成された結合溝105に嵌合させて、小直径部204の上面を射出金型400の上面に密着させる。
この際、射出成形時の樹脂圧がサンドイッチインサート100の底面に直接作用しても、その反対面であるサンドイッチインサート100の最外プレート110が撓み防止プレート200により支えられる状態になるため、樹脂圧によりサンドイッチインサート100が撓んでしまう現象を防止することができる。
特に、撓み防止プレート200の大直径部202と小直径部204間の段差部206がプラスチック射出物300に包み込まれて射出されることにより、射出工程が終了した後も撓み防止プレート200が抜けることのないロック状態になる。
同様に、エンドプレートの内面側、即ち、撓み防止プレート200の反対面には、燃料電池スタックから生産される電気を集電する集電板500が付着される。
図5は、本発明の第3実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第3実施例による撓み防止プレート200は、大直径部202と小直径部204とが一体に形成され、小直径部204が大直径部202より肉厚の形状で備えられ、下側の大直径部202と上側の小直径部204は、帽子(HAT)状をなしている。
図6に示したとおり、サンドイッチインサート100を射出金型400の空間中央部に配置する時、撓み防止プレート200の大直径部202全体を、サンドイッチインサート100の最外側に位置する最外プレート110の外表面に形成された結合溝105に嵌合させて、小直径部204の上面を射出金型400の上面に密着させる。
以後の工程は、第3実施例と同様に進行されるため、その説明を省く。
図7は、本発明の第4実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第4実施例による撓み防止プレート200は、大直径部202と小直径部204とが一体に形成されるが、小直径部204が大直径部202より肉厚の形状で備えられ、下側の大直径部202と上側の小直径部204は、帽子(HAT)状をなしている。
図8に示したとおり、サンドイッチインサート100を射出金型400の空間中央部に配置する時、大直径部202の下端部を、サンドイッチインサート100の最外プレートの隣に位置する第2プレート120に形成された嵌着溝107内に嵌着させると同時に、小直径部204を、最外プレート110に形成された挿入端子ホール108を通じて突出するようにする。
この際、撓み防止プレート200の大直径部202と小直径部204間の端差部206が最外プレート110の底面に掛かってロックされる状態になる。
このように射出成形が完了したエンドプレートを射出金型400から脱型させると、撓み防止プレート200の小直径部204の上面は、プラスチック射出物300と同一平面をなして外部に露出した状態となる。
エンドプレートの内面側、即ち、撓み防止プレート200の反対面には、燃料電池スタックから生産される電気を集電する集電板500が付着される。
12 カソード(空気極)
14 アノード(燃料極)
16 ガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)
18 ガスケット(Gasket)
20 分離板
30 エンドプレート(End plate)
31 金属インサート
32、300 プラスチック射出物
33、500 集電板
100 サンドイッチインサート
102 マニフォールド形成部面
105 結合溝
107 嵌着溝
108 挿入端子ホール
110 最外プレート
120 第2プレート
122 第1肉抜き空間
130 第3プレート
140 第4プレート
200 撓み防止プレート
202 大直径部
204 小直径部
206 段差部
400 射出金型
Claims (5)
- 両端部にマニフォールド形成部面(102)を有する複数のプレートを積層、接合した構造のサンドイッチインサート(100)と、大直径部(202)と小直径部(204)を有する撓み防止プレート(200)を準備し、
前記撓み防止プレート(200)は、射出金型(400)内において、射出成形時の樹脂圧により前記サンドイッチインサート(100)が撓まないように、前記サンドイッチインサート(100)の外表面をプラスチック射出物(300)で包み込み、樹脂圧が直接作用するサンドイッチインサート(100)の底面の反対面の中央領域に対応する位置に配置し、
前記大直径部(202)を前記サンドイッチインサート(100)の最外側に位置する最外プレート(110)の外表面に密着させ、前記小直径部(204)を射出金型(400)の上面に密着させて配置して、
前記射出金型(400)にプラスチック射出物(300)を射出成型することにより、前記サンドイッチインサートが前記プラスチック射出物(300)の中央部に位置し、前記撓み防止プレート(200)の小直径部(204)の上面が、前記プラスチック射出物(300)と同一平面をなして外部に露出した状態となるようにして、
前記射出金型(400)内で樹脂圧を受ける前記サンドイッチインサート(100)を前記撓み防止プレート(200)が支持することを特徴とする撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートの製造方法。 - 前記撓み防止プレート(200)は、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)とが同一の径方向に垂直な厚さを有して一体に形成された形状で備えられ、前記大直径部(202)の底面が、前記サンドイッチインサート(100)の最外側に位置する前記最外プレート(110)の外表面に密着させることにより、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)間の段差部(206)が前記プラスチック射出物(300)によりロックされることを特徴とする請求項1に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートの製造方法。
- 前記撓み防止プレート(200)は、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)とが一体に形成され、前記大直径部(202)が前記小直径部(204)より肉厚の形状で備えられ、前記大直径部(202)の下端部が、前記サンドイッチインサート(100)の最外側に位置する前記最外プレート(110)の外表面に形成された結合溝(105)に嵌合され、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)間の端差部(206)が前記プラスチック射出物(300)によりロックされることを特徴とする請求項1に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートの製造方法。
- 前記撓み防止プレート(200)は、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)とが一体に形成され、前記小直径部(204)が前記大直径部(202)より肉厚の形状で備えられ、前記大直径部(202)が、前記サンドイッチインサート(100)の最外側に位置する前記最外プレート(110)の外表面に形成された結合溝(105)に嵌合され、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)間の端差部(206)が前記プラスチック射出物(300)によりロックされることを特徴とする請求項1に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートの製造方法。
- 前記撓み防止プレート(200)は、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)とが一体に形成され、前記小直径部(204)が前記大直径部(202)より肉厚の形状で備えられ、前記大直径部(202)の下端部が、前記サンドイッチインサート(100)の前記最外プレート(110)の隣に位置する第2プレート(120)に形成された嵌着溝(107)内に嵌着され、前記小直径部(204)が、前記最外プレート(110)に形成された挿入端子ホール(108)を通じて突出し、前記大直径部(202)と前記小直径部(204)間の端差部(206)が前記最外プレート(110)の底面に掛かってロックされることを特徴とする請求項1に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートの製造方法。
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