JP7660443B2 - フィルム一体ガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルムの両面にガスケットが一体的に設けられるフィルム一体ガスケットの製造方法に関する。

固体高分子形燃料電池には、電解質膜が備えられている。この電解質膜を樹脂フィルムによって補強する技術が知られている。また、燃料電池を組み立てる際など、取り扱い性を高めるために、樹脂フィルムの両面にガスケットを一体的に設ける技術も知られている。図４及び図５を参照して、このような従来技術に係るフィルム一体ガスケット、及びその製造方法について説明する。図４は従来技術に係るフィルム一体ガスケットの断面図の一部である。図５は従来技術に係るフィルム一体ガスケットの製造工程図であり、フィルム一体ガスケット及び金型の断面図の一部を示している。

従来技術に係るフィルム一体ガスケット５００は、樹脂フィルム５１０と、樹脂フィルム５１０の両面に樹脂フィルム５１０に対して一体的に設けられる第１ガスケット５２１及び第２ガスケット５２２とを備えている。第２ガスケット５２２は、第１ガスケット５２１と寸法及び形状が同一で、かつ樹脂フィルム５１０を介して第１ガスケット５２１の真裏の位置に第１ガスケット５２１に沿うように設けられている。

図５を参照して、フィルム一体ガスケット５００の製造方法ついて説明する。まず、第１下型６１０と、第１ガスケット５２１を成形するキャビティ６２１を有する上型６２０とが、第１下型６１０と上型６２０との間に樹脂フィルム５１０が配された状態で型締めされる（図５（ａ）参照）。そして、キャビティ６２１に成形材料が充填され、第１ガスケット５２１が成形される。その後、型が開かれて、第１ガスケット５２１が一体的に成形された樹脂フィルム５１０が取り出される。

次に、第１ガスケット５２１が配される溝６３１を有する第２下型６３０と、第２ガスケット５２２を成形するキャビティ６２１を有する上型６２０とが、第２下型６３０と上型６２０との間に、第１ガスケット５２１が一体的に設けられた樹脂フィルム５１０が配された状態で型締めされる（図５（ｂ）参照）。そして、キャビティ６２１に成形材料が充填され、第２ガスケット５２２が成形される。その後、型が開かれて、第１ガスケット５２１及び第２ガスケット５２２が一体的に成形された樹脂フィルム５１０が取り出される。

上記の通り、第１ガスケット５２１及び第２ガスケット５２２を成形するためのキャビティ６２１を有する上型６２０は、同一の金型、又は、同一の寸法形状のキャビティ６２１を有する金型が用いられる。これに対し、下型については、第１ガスケット５２１を成形する場合には、上面のうち、少なくとも上型６２０のキャビティ６２１に対向する部位が平面で構成される第１下型６１０が用いられる。そして、第２ガスケット５２２を成形する場合には、第１ガスケット５２１が干渉しないように、第１ガスケット５２１が配される溝６３１を有する第２下型６３０が用いられる。

溝６３１と第１ガスケット５２１とが干渉しないように、溝６３１の両側面及び下面と、第１ガスケット５２１との間には隙間が形成されるように構成されている。従って、溝６３１における溝６３１が伸びる方向に対して垂直方向の樹脂フィルム側の開口幅Ｗ６３は、キャビティ６２１におけるキャビティ６２１が伸びる方向に対して垂直方向の樹脂フィルム側の開口幅Ｗ６２よりも広くなるように構成されている。そのため、第２ガスケッ
ト５２２を成形するために型締めを行った際においては、第１ガスケット５２１と溝６３１の両側面との間には、それぞれ隙間Ｓが形成された状態となる。これにより、樹脂フィルム５１０を介して、上型６２０におけるキャビティ６２１の両側の部分の真裏側には、上記の隙間Ｓが存在することになる。従って、樹脂フィルム５１０は柔軟性があるため、図中、丸で囲んだＸ部分においては、上型６２０の樹脂フィルム５１０に対する押圧力が不十分になり易い。そのため、バリが生じ易く後処理が大変だったり、成形材料が漏れてしまったりするなど成形不良が生じてしまうことがある。

なお、燃料電池に備えられるフィルム一体ガスケットを製造する場合に限らず、特に、柔軟性を有するフィルムの両面にガスケットが一体的に設けられるフィルム一体ガスケットであれば、製造時において、同様の問題が生じ得る。

特開２０１０－６７３７１号公報 特開２００９－９９５３１号公報 特開２００６－３４４５４１号公報

本発明の目的は、成形不良の抑制を図ることのできるフィルム一体ガスケットの製造方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のフィルム一体ガスケットの製造方法は、フィルムの一方の面に第１ガスケットが一体的に設けられ、かつ前記フィルムの他方の面であって第１ガスケットの真裏の位置に第１ガスケットに沿うように第２ガスケットが一体的に設けられる部分を有するフィルム一体ガスケットの製造方法であって、
第１下型と、第１ガスケットを成形する第１キャビティを有する第１上型とを、第１下型と第１上型との間に前記フィルムが配された状態で型締めし、第１キャビティに成形材料を充填し、第１ガスケットを成形する第１工程と、
第１ガスケットが配される溝を有する第２下型と、第２ガスケットを成形する第２キャビティを有する第２上型とを、第２下型と第２上型との間に、第１ガスケットが一体的に設けられた前記フィルムが配された状態で型締めし、第２キャビティに成形材料を充填し、第２ガスケットを成形する第２工程と、を有し、
第１キャビティにおける第１キャビティが伸びる方向に対して垂直方向の前記フィルム側の第１開口幅は、第２キャビティにおける第２キャビティが伸びる方向に対して垂直方向の前記フィルム側の第２開口幅よりも狭いことを特徴とする。

本発明によれば、第１キャビティにより成形される第１ガスケットにおけるフィルム側の幅は、第２キャビティにおける第２開口幅よりも狭い。これにより、第２下型における溝の溝幅を狭くすることができる。そのため、フィルムを介して、第２上型における第２キャビティの両側の部分の真裏側に形成される隙間を狭くする、または、そのような隙間をなくすことが可能となる。

第２開口幅は、前記溝における前記溝が伸びる方向に対して垂直方向の前記フィルム側の第３開口幅以上であるとよい。

これにより、フィルムを介して、第２上型における第２キャビティの両側の部分の真裏側に隙間ができないようにすることができる。

前記フィルムを介して、第２開口幅の中心の真裏の位置に、第３開口幅の中心が位置することを特徴とする。

これにより、フィルムを介して、第２上型における第２キャビティの両側の部分の真裏側に隙間はできなくなる。

前記フィルムは、燃料電池に設けられる電解質膜を補強する樹脂フィルムであるとよい。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、成形不良の抑制を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係るフィルム一体ガスケットの平面図である。 図２は本発明の実施例に係るフィルム一体ガスケットを備える燃料電池の断面図の一部である。 図３は本発明の実施例に係るフィルム一体ガスケットの製造工程図である。 図４は従来技術に係るフィルム一体ガスケットの断面図の一部である。 図５は従来技術に係るフィルム一体ガスケットの製造工程図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。以下の実施例においては、燃料電池に用いられるフィルム一体ガスケットの場合を例にして説明する。

（実施例）
図１～図３を参照して、本発明の実施例に係るフィルム一体ガスケットの製造方法について説明する。図１は本発明の実施例に係るフィルム一体ガスケットの平面図である。図２は本発明の実施例に係るフィルム一体ガスケットを備える燃料電池の断面図の一部であり、図中のフィルム一体ガスケットの断面図は、図１中のＡＡ断面図に相当する。図３は本発明の実施例に係るフィルム一体ガスケットの製造工程図であり、フィルム一体ガスケット及び金型の断面図の一部を示している。

＜燃料電池＞
図２を参照して、本実施例に係るフィルム一体ガスケットを備える燃料電池について説明する。一般的に、燃料電池は、複数の単セルからなるセルスタックとして構成される。図２においては、複数の単セルからなるセルスタックのうちの一部の断面図を示している。セルスタックは、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１１０を一体的に備えるフィルム一体ガスケット１００と、セパレータ２００が交互に積層されるように構成される。そして、フィルム一体ガスケット１００と、その両面に設けられる一対のセパレータ２００によって、単セル１０が構成される。図２においては、一つの単セルについてのみ示している。

ＭＥＡ１１０は、電解質膜１１１と、電解質膜１１１の両面に備えられる一対のガス拡散層１１２とを備えている。また、セパレータ２００において、ガス拡散層１１２に対向する面には、燃料ガスや酸化剤ガスや冷却液などが流れる流路（不図示）が形成されている。

本実施例においては、電解質膜１１１を補強する樹脂フィルム１２０が、ＭＥＡ１１０と一体的に設けられている。樹脂フィルム１２０は、電解質膜１１１の両面を支持するように、一対のフィルム１２１，１２２により構成されている。樹脂フィルム１２０の好適な材料としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＩ（ポリイミド）などの樹脂材料を挙げることができる。

そして、樹脂フィルム１２０とセパレータ２００との間には、燃料ガスや酸化剤ガスや冷却液などが漏れるのを防ぐために、第１ガスケット１３１及び第２ガスケット１３２が設けられている。本実施例においては、樹脂フィルム１２０に、これらの第１ガスケット１３１及び第２ガスケット１３２が一体的に設けられている。このように、樹脂フィルム１２０に第１ガスケット１３１及び第２ガスケット１３２が一体的に設けられた部材を、「フィルム一体ガスケット」と呼ぶことができる。第１ガスケット１３１及び第２ガスケット１３２の好適な材料としては、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）やＶＭＱ（ビニルメチルシリコーンゴム）などのゴム材料を挙げることができる。

＜フィルム一体ガスケット＞
燃料電池に備えられるフィルム一体ガスケット１００について、より詳細に説明する。上記の通り、フィルム一体ガスケット１００は、ＭＥＡ１１０と、ＭＥＡ１１０に一体的に設けられる樹脂フィルム１２０とを備えている。そして、樹脂フィルム１２０には、複数のマニホルド１０１が設けられている。マニホルド１０１は、燃料ガス，酸化剤ガス、及び冷却液などを各セルに分配するために設けられている。

そして、上記の燃料ガスなどが外部などに漏れてしまうことを防止するために、ＭＥＡ１１０が設けられている領域の周囲、及びマニホルド１０１の周囲に、それぞれ第１ガスケット１３１及び第２ガスケット１３２が樹脂フィルム１２０に一体的に設けられている。なお、図１においては、第２ガスケット１３２が設けられている部位を太線にて示している。

第１ガスケット１３１は、樹脂フィルム１２０の一方の面に、樹脂フィルム１２０に対して一体的に設けられている。そして、第２ガスケット１３２は、樹脂フィルム１２０の他方の面であって第１ガスケット１３１の真裏の位置に第１ガスケット１３１に沿うように樹脂フィルム１２０に対して一体的に設けられている。ただし、セルスタックの構造に応じて、第２ガスケット１３２は、第１ガスケット１３１が設けられている全域に対して、その真裏の位置に設けられる場合もあるし、一部の領域に対して、その真裏の位置に設けられる場合もある。また、第１ガスケット１３１における第１ガスケット１３１が伸びる方向に対して垂直方向の樹脂フィルム１２０側の幅Ｗ１は、第２ガスケット１３２における第２ガスケット１３２が伸びる方向に対して垂直方向の樹脂フィルム１２０側の幅Ｗ２よりも狭くなるように構成されている。更に、第２ガスケット１３２における幅Ｗ２の中心は、樹脂フィルム１２０を介して、第１ガスケット１３１における幅Ｗ１の中心の真裏に位置するように構成されている。ただし、本発明においては、Ｗ２の中心が、樹脂フィルム１２０を介してＷ１の中心の真裏の位置にない場合を排除するものではない。なお、本実施例における第１ガスケット１３１は、密封性を高めるために、セパレータ２００に接する側に、樹脂フィルム１２０側の幅Ｗ１よりも幅の狭いシール突起１３１ａが設けられている。第２ガスケット１３２にも同様のシール突起１３２ａが設けられている。

＜フィルム一体ガスケットの製造方法＞
図３を参照して、本実施例に係るフィルム一体ガスケット１００の製造方法について説明する。本実施例においては、樹脂フィルム１２０をインサート部品として第１ガスケット１３１を成形するインサート成形工程（第１工程）と、第１ガスケット１３１を一体的に備える樹脂フィルム１２０をインサート部品として第２ガスケット１３２を成形するインサート成形工程（第２工程）とを有している。

図３（ａ）は第１工程について示している。第１工程において用いられるインサート成形用の金型は、第１下型３１０と、第１上型３２０とを備えている。第１上型３２０に、第１ガスケット１３１を成形する第１キャビティ３２１が設けられている。第１下型３１０については、上面のうち、少なくとも第１上型３２０の第１キャビティ３２１に対向する部位は平面で構成される。以上のように構成される金型を用い、第１下型３１０と第１上型３２０との間に樹脂フィルム１２０が配された状態で型締めされる。そして、第１キャビティ３２１に成形材料が充填され、第１ガスケット１３１が成形される。

以上の第１工程の後に、型が開かれて、第１ガスケット１３１が一体的に成形された樹脂フィルム１２０が取り出される。

図３（ｂ）は第２工程について示している。第２工程において用いられるインサート成形用の金型は、第２下型３３０と、第２上型３４０とを備えている。第２上型３４０に、第２ガスケット１３２を成形する第２キャビティ３４１が設けられている。また、第２下型３３０には、第１ガスケット１３１が配される溝３３１が設けられている。以上のように構成される金型を用い、第２下型３３０と第２上型３４０との間に、第１ガスケット１３１が一体的に設けられた樹脂フィルム１２０が配された状態で型締めされる。なお、第１ガスケット１３１が溝３３１に配された状態で、型締めがなされる。型締め後に、第２キャビティ３４１に成形材料が充填され、第２ガスケット１３２が成形される。

以上の第２工程の後に、型が開かれて、第１ガスケット１３１及び第２ガスケット１３２が一体的に成形された樹脂フィルム１２０が取り出される。その後、必要に応じてバリ取りなどの後処置が行われて、フィルム一体ガスケット１００を得ることができる。

ここで、第１上型３２０の第１キャビティ３２１における第１キャビティ３２１が伸びる方向に対して垂直方向の樹脂フィルム１２０側の開口幅を第１開口幅Ｗ３２とする。また、第２上型３４０の第２キャビティ３４１における第２キャビティ３４１が伸びる方向に対して垂直方向の樹脂フィルム１２０側の開口幅を第２開口幅Ｗ３４とする。更に、第２下型３３０の溝３３１における溝３３１が伸びる方向に対して垂直方向の樹脂フィルム１２０側の開口幅を第３開口幅Ｗ３３とする。

すると、第１開口幅Ｗ３２＜第２開口幅Ｗ３４を満たすように構成されている。なお、第１キャビティ３２１により成形される第１ガスケット１３１における上記の幅Ｗ１は第１開口幅Ｗ３２とほぼ等しくなる。また、第２キャビティ３４１により成形される第２ガスケット１３２における上記の幅Ｗ２は第２開口幅Ｗ３４とほぼ等しくなる。

また、本実施例においては、第２開口幅Ｗ３４≧第３開口幅Ｗ３３を満たすように構成されている。更に、樹脂フィルム１２０を介して、第２開口幅Ｗ３４の中心の真裏の位置に、第３開口幅Ｗ３３の中心が位置するように構成されている（図３（ｂ）参照）。

＜本実施例に係るフィルム一体ガスケットの製造方法の優れた点＞
本実施例に係る製造方法によれば、第１開口幅Ｗ３２＜第２開口幅Ｗ３４を満たすように構成されている。これにより、第２下型３３０における溝３３１の溝幅（第３開口幅Ｗ
３３）を狭くすることができる。そのため、樹脂フィルム１２０を介して、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の両側の部分の真裏側に形成される隙間を狭くする、または、そのような隙間をなくすことが可能となる。従って、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の両側部分の樹脂フィルム１２０に対する押圧力が不十分になることを抑制することができる。これにより、バリの発生、及び成形材料の漏れを抑制することができ、成形不良を抑制することができる。

そして、本実施例においては、第２開口幅Ｗ３４≧第３開口幅Ｗ３３を満たすように構成されているので、樹脂フィルム１２０を介して、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の両側の部分の真裏側に隙間ができないようにすることができる。

また、本実施例においては、第２開口幅Ｗ３４≧第３開口幅Ｗ３３を満たしつつ、樹脂フィルム１２０を介して、第２開口幅Ｗ３４の中心の真裏の位置に、第３開口幅Ｗ３３の中心が位置するように構成されている。これにより、第２開口幅Ｗ３４＝第３開口幅Ｗ３３と設定しても、樹脂フィルム１２０を介して、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の両側の部分の真裏側に隙間はできなくなる。

このように、樹脂フィルム１２０を介して、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の両側の部分の真裏側に隙間ができないようにすることで、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の両側部分の樹脂フィルム１２０に対する押圧力を十分高めることができる。

（その他）
上記実施例においては、第２開口幅Ｗ３４≧第３開口幅Ｗ３３を満たす場合の構成について示した。しかしながら、少なくとも、第１開口幅Ｗ３２＜第２開口幅Ｗ３４を満たすように構成すれば、第２下型３３０における溝３３１の溝幅（第３開口幅Ｗ３３）を狭くすることができる。従って、第１開口幅Ｗ３２＝第２開口幅Ｗ３４とする場合に比べて、樹脂フィルム１２０を介して、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の両側の部分の真裏側に形成される隙間を狭くすることができ、成形不良を抑制することが可能となる。

また、本実施例においては、第２開口幅Ｗ３４≧第３開口幅Ｗ３３を満たしつつ、樹脂フィルム１２０を介して、第２開口幅Ｗ３４の中心の真裏の位置に、第３開口幅Ｗ３３の中心が位置するように構成する場合を示した。開口幅の中心の位置関係を、このように構成しない場合には、樹脂フィルム１２０を介して、第２上型３４０における第２キャビティ３４１の片側の部分の真裏側に隙間が形成され得る。しかしながら、第２開口幅Ｗ３４≧第３開口幅Ｗ３３を満たしていれば、そのような隙間は狭くできるので、成形不良を抑制することが可能となる。

本実施例においては、フィルム一体ガスケットの一例として、燃料電池に備えられるフィルム一体ガスケットの場合を示した。しかしながら、本発明に係るフィルム一体ガスケットについては、燃料電池用に限らず、各種装置に適用することができる。また、フィルムの材料についても樹脂材に限定されることはない。特に、柔軟性が高いフィルムにより構成されるフィルム一体ガスケットの製造方法に本発明を好適に適用することができる。

１０ 単セル
１００ フィルム一体ガスケット
１０１ マニホルド
１１０ ＭＥＡ
１１１ 電解質膜
１１２ ガス拡散層
１２０ 樹脂フィルム
１２１，１２２ フィルム
１３１ 第１ガスケット
１３１ａ シール突起
１３２ 第２ガスケット
１３２ａ シール突起
２００ セパレータ
３１０ 第１下型
３２０ 第１上型
３２１ 第１キャビティ
３３０ 第２下型
３３１ 溝
３４０ 第２上型
３４１ 第２キャビティ
Ｗ３２ 第１開口幅
Ｗ３３ 第３開口幅
Ｗ３４ 第２開口幅

Claims (4)

1. フィルムの一方の面に第１ガスケットが一体的に設けられ、かつ前記フィルムの他方の面であって第１ガスケットの真裏の位置に第１ガスケットに沿うように第２ガスケットが一体的に設けられる部分を有するフィルム一体ガスケットの製造方法であって、
   第１下型と、第１ガスケットを成形する第１キャビティを有する第１上型とを、第１下型と第１上型との間に前記フィルムが配された状態で型締めし、第１キャビティに成形材料を充填し、第１ガスケットを成形する第１工程と、
   第１ガスケットが配される溝を有する第２下型と、第２ガスケットを成形する第２キャビティを有する第２上型とを、第２下型と第２上型との間に、第１ガスケットが一体的に設けられた前記フィルムが配された状態で型締めし、第２キャビティに成形材料を充填し、第２ガスケットを成形する第２工程と、
   を有し、
   第１キャビティにおける第１キャビティが伸びる方向に対して垂直方向の前記フィルム側の第１開口幅は、第２キャビティにおける第２キャビティが伸びる方向に対して垂直方向の前記フィルム側の第２開口幅よりも狭いことを特徴とするフィルム一体ガスケットの製造方法。
2. 第２開口幅は、前記溝における前記溝が伸びる方向に対して垂直方向の前記フィルム側の第３開口幅以上であることを特徴とする請求項１に記載のフィルム一体ガスケットの製造方法。
3. 前記フィルムを介して、第２開口幅の中心の真裏の位置に、第３開口幅の中心が位置することを特徴とする請求項２に記載のフィルム一体ガスケットの製造方法。
4. 前記フィルムは、燃料電池に設けられる電解質膜を補強する樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１，２または３に記載のフィルム一体ガスケットの製造方法。

Images