KR102492886B1 - Method of fabricating gasket for fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법은, 롤 다이 성형 공정을 이용하여 가스켓 원료를 압출하고 성형하여 가스켓 원료 시트를 만드는 단계와, 상기 가스켓 원료 시트를 프로그레시브 성형 공정에 투입하여 복수의 매니폴드 홀을 형성하고, 상기 가스켓 원료 시트 둘레에 요철부를 형성하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to the present invention includes extruding and molding a gasket material using a roll die forming process to make a gasket material sheet, and injecting the gasket material sheet into a progressive forming process to form a plurality of manifold holes. and forming concavo-convex portions around the gasket raw material sheet.

Description

연료전지용 가스켓 제조 방법{METHOD OF FABRICATING GASKET FOR FUEL CELL}Gasket manufacturing method for fuel cell {METHOD OF FABRICATING GASKET FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지용 가스켓 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산 시간을 단축하여 생산성을 개선할 수 있는 연료전지용 가스켓 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a gasket for a fuel cell, and more particularly, to a method for manufacturing a gasket for a fuel cell capable of improving productivity by reducing production time.

최근, 자동차용 연료전지로 고분자 전해질 막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)가 많이 사용되고 있다. 고분자 전해질 막 연료전지는 복수의 단위 셀(Cell)을 적층하여 조립한 스택(stack) 형태로 사용된다.Recently, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) has been widely used as a fuel cell for automobiles. A polymer electrolyte membrane fuel cell is used in the form of a stack in which a plurality of unit cells are stacked and assembled.

단위 전지(unit cell)는 막 전극 접합체(Membrane-Electrode Assembly, MEA)와 분리막(separator)으로 구성된다. 막 전극 접합체와 분리막 사이에는 수소와 산소의 확산을 돕는 GDL(Gas Diffusion Layer)가 더 구비될 수도 있다. 막 전극 접합체는 수소 이온을 이동시켜주는 고분자 전해질막(polymer electrolyte membrane), 전해질막의 양면에 백금 촉매를 도포하여 구성되는 촉매전극인 산화전극(anode, 수소극)과 환원전극(cathode, 공기극)으로 구성된다.A unit cell is composed of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator. A gas diffusion layer (GDL) may be further provided between the membrane electrode assembly and the separator to help diffusion of hydrogen and oxygen. The membrane electrode assembly consists of a polymer electrolyte membrane that moves hydrogen ions, a catalyst electrode composed of a platinum catalyst applied to both sides of the electrolyte membrane, and an anode (hydrogen electrode) and a reduction electrode (cathode). It consists of

상기 연료전지의 반응을 살펴보면, 막-전극 접합체 일측의 산화전극인 애노드(Anode)에 공급된 수소가 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분리된 후, 수소 이온은 전해질 막을 통해 환원전극인 캐소드(cathode)쪽으로 이동하며 전자는 외부 도선을 통해 캐소드로 이동한다. 캐소드에서 산소 분자, 수소 이온 및 전자가 함께 반응하면 전기와 열을 생성함과 동시에 반응 부산물로서 물을 생성하게 된다. Looking at the reaction of the fuel cell, after the hydrogen supplied to the anode, which is the oxidation electrode on one side of the membrane-electrode assembly, is separated into protons and electrons, the hydrogen ions pass through the electrolyte membrane to the reduction electrode, It moves towards the cathode and the electrons move to the cathode through the external conductor. At the cathode, when oxygen molecules, hydrogen ions and electrons react together, they produce electricity and heat, as well as water as a reaction by-product.

연료전지에서 수소와 산소의 반응을 효율적으로 수행하기 위해서는 막 전극 접합체와 분리막 사이의 미세한 틈을 통해 냉각수가 침투하거나 반응가스가 외부로 누출되는 것을 억제해야 한다. 냉각수가 침투하거나 반응가스가 외부로 누출되면 수소와 산소의 정상적인 반응을 방해하여 연료전지의 성능을 저하시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해, 연료전지의 막 전극 접합체와 분리막 사이 또는 GDL과 분리막 사이에는 가스켓(gasket)이 밀착 결합되어 실링(sealing) 기능을 수행한다.In order to efficiently perform the reaction of hydrogen and oxygen in a fuel cell, it is necessary to suppress the infiltration of coolant or the leakage of reaction gas through a fine gap between the membrane electrode assembly and the separator. If the coolant permeates or the reaction gas leaks to the outside, the normal reaction between hydrogen and oxygen may be hindered, thereby deteriorating the performance of the fuel cell. In order to prevent this, a gasket is closely coupled between the membrane electrode assembly of the fuel cell and the separator or between the GDL and the separator to perform a sealing function.

최근, 친환경에 대한 관심이 높아지고 수소차가 상업적으로 판매되기 시작하면서 수소차에 대한 관심도 높아지고 있다. 이에 따라, 수소차의 핵심인 연료전지에 대한 연구개발 경쟁은 더욱 치열해지고 있다. 수소차의 판매량 증가에 따라 가스켓을 비롯하여 연료전지 스택의 부품들에 대한 대량 생산 필요성이 대두되고 있다.Recently, as interest in environment-friendliness increases and hydrogen vehicles begin to be commercially sold, interest in hydrogen vehicles is also increasing. Accordingly, competition for R&D on fuel cells, the core of hydrogen vehicles, is getting fiercer. As the sales volume of hydrogen vehicles increases, the need for mass production of gaskets and parts of fuel cell stacks is emerging.

종래에는 가스켓 생산에 사출 성형 방식이나 디스펜서 방식이 주로 이용되었다. 사출 성형 방식은 다양한 원료 및 보조재료를 혼합하고 고압 사출하여 사출 금형의 개비티에 주입하고, 일정 시간동안 가열하여 가류하는 공정을 통해 가스켓을 생산하는 방식이다. 그리고, 디스펜서 방식은 다양한 원료 및 보조 재료를 혼합하여 용융하고 분리판에 형성된 틈에 용융된 혼합 재료를 함침시키는 방식으로 가스켓을 생산하는 방식이다.Conventionally, an injection molding method or a dispenser method has been mainly used for gasket production. The injection molding method is a method of producing gaskets through a process of mixing various raw materials and auxiliary materials, injecting them at high pressure, injecting them into the cavity of an injection mold, and heating and curing them for a certain period of time. And, the dispenser method is a method of producing a gasket by mixing and melting various raw materials and auxiliary materials and impregnating the molten mixed material into gaps formed in the separation plate.

사출 성형 방식은 한 개의 가스켓을 생산하는데 약 60초의 시간을 소비하며, 디스펜서 방식은 한 개의 가스켓을 생산하는데 약 120초의 시간을 소비한다. 즉, 사출 성형 방식과 디스펜서 방식은 가스켓을 대량 생산하는데 적합하지 않은 방식들이며, 가스켓을 효율적으로 대량 생산할 수 있는 제작 방법이 요구된다.The injection molding method consumes about 60 seconds to produce one gasket, and the dispenser method consumes about 120 seconds to produce one gasket. That is, the injection molding method and the dispenser method are not suitable for mass-producing gaskets, and a manufacturing method capable of efficiently mass-producing gaskets is required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 생산 시간을 줄여 생산성을 높일 수 있는 연료전지용 가스켓 제작 방법을 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for manufacturing a gasket for a fuel cell capable of reducing production time and increasing productivity.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른, 연료전지용 가스켓 제작 방법은, 롤 다이 성형 공정을 이용하여 가스켓 원료를 압출하고 성형하여 가스켓 원료 시트를 만드는 단계와, 상기 가스켓 원료 시트를 프로그레시브 성형 공정에 투입하여 복수의 매니폴드 홀을 형성하고, 상기 가스켓 원료 시트 둘레에 요철부를 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes extruding and molding a gasket raw material using a roll die forming process to make a gasket raw material sheet, and the gasket raw material sheet. to a progressive molding process to form a plurality of manifold holes, and forming concavo-convex portions around the gasket raw material sheet.

또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른, 연료전지용 가스켓 제작 방법은, 투입된 가스켓 원료를 용융 상태로 압출하는 제 1단계와, 압출된 가스켓 원료를 시트 형태로 성형하여 가스켓 원료 시트를 형성하는 제 2단계와, 상기 가스켓 원료 시트를 절단하여 초기 형태의 가스켓을 형성하는 제 3단계와, 상기 가스켓을 관통하여 복수의 매니폴드 홀을 형성하며, 상기 가스켓의 둘레 및 상기 매니폴드 홀의 둘레를 따라 요철부를 형성하는 제 4단계를 포함한다.In addition, in order to achieve the above technical problem, a method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a first step of extruding the input gasket material in a molten state, and molding the extruded gasket material into a sheet form A second step of forming a gasket raw material sheet, a third step of forming an initial gasket by cutting the gasket raw material sheet, and forming a plurality of manifold holes through the gasket, A fourth step of forming concavo-convex portions along the periphery of the manifold hole.

본 발명의 실시예에 따르면, 롤 다이 성형 공정과 프로그레시브 성형 공정을 연결하여 가스켓 원료 투입부터 가스켓 완성까지 전 공정이 자동적으로 순차적으로 진행되도록 하여, 가스켓 생산 시간을 줄이고 생산성을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the roll die forming process and the progressive forming process are connected so that the entire process from inputting gasket raw materials to gasket completion is automatically and sequentially performed, thereby reducing gasket production time and increasing productivity.

본 발명의 실시예에 따르면, 가스켓 원료로부터 가스켓 원료 시트를 만드는 과정에 롤 다이 성형 공정을 적용하고, 가스켓 원료 시트로부터 가스켓을 만드는 과정에 프로그레시브 성형 공정을 적용하여 전체 공정을 모듈화함으로써, 가스켓 생산 진행 상태에 따라 각 모듈 공정을 개별적으로 제어하여 생산성을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a roll die forming process is applied to the process of making a gasket raw material sheet from a gasket raw material sheet, and a progressive forming process is applied to the process of making a gasket from a gasket raw material sheet to modularize the entire process, thereby proceeding with gasket production. Depending on the condition, each module process can be individually controlled to increase productivity.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법에 적용되는 롤 다이를 이용한 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법에 적용되는 프로그레시브 금형을 이용한 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 프로그레시브 성형 공정을 통해 가스켓 원료 시트가 가스켓으로 성형되는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 I-I' 절단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
1 is a view schematically showing a forming method using a roll die applied to a method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a molding method using a progressive mold applied to a method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a view sequentially showing a process in which a gasket raw material sheet is formed into a gasket through the progressive forming process of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a section II′ of FIG. 3 .
5 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법에 대해 상세히 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에 따르면, 롤 다이(roll die) 성형 공정을 통해 가스켓 원료 시트를 일괄적으로 제작하고, 프로그레시브(progressive) 성형 공정을 통해 가스켓 원료 시트를 순차적으로 가공하여 연료전지용 가스켓으로 제작한다. 롤 다이 성형 공정과 프로그레시브 성형 공정은 하나의 복합 공정으로 연속적으로 이루어지는 것이 특징이다.According to an embodiment of the present invention, a gasket raw material sheet is collectively manufactured through a roll die forming process, and a gasket raw material sheet is sequentially processed through a progressive forming process to manufacture a gasket for a fuel cell. . It is characterized in that the roll die forming process and the progressive forming process are continuously performed as one complex process.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법에 적용되는 롤 다이를 이용한 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a forming method using a roll die applied to a method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

롤 다이 성형 시스템은 원료(20)가 투입되는 호퍼(12)와, 원료(20)를 압착하여 사출하는 압출기(10)와, 압출된 용융상태의 원료를 일직선 형태의 다이 구멍의 모양대로 밀어내는 T-다이(11)와, 용융 상태의 원료를 시트 형태로 가공하는 복수의 롤(13,14,15, roll)들, 가공되는 시트의 두께를 조절하기 위한 두께 측정기(16), 트리머(17, trimmer)를 포함하여 구성된다.The roll die forming system includes a hopper 12 into which the raw material 20 is input, an extruder 10 that compresses and injects the raw material 20, and pushes the extruded molten raw material according to the shape of a straight die hole. A T-die 11, a plurality of rolls 13, 14, and 15 for processing the raw material in a molten state into a sheet form, a thickness meter 16 for adjusting the thickness of the sheet to be processed, and a trimmer 17 , trimmer).

이와 같이 구성된 롤 다이 성형 시스템을 이용하여 롤 다이 성형을 하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the process of roll die forming using the roll die forming system configured as described above is as follows.

호퍼(12)에 투입된 원료(20)는 고온의 열풍에 의해 습기가 제거되고, 원료(20)는 압출기(10)에 의해 고온, 고압으로 압출되어 용융 상태로 T-다이(11)를 통해 사출된다.The raw material 20 put into the hopper 12 is dehumidified by high-temperature hot air, and the raw material 20 is extruded at high temperature and high pressure by the extruder 10 and injected through the T-die 11 in a molten state. do.

가스켓 제작에 사용되는 원료로 탄성중합체(elastomer)를 사용할 수 있다. 탄성중합체에는 TPE(Thermoplastic Elastomer), TPV(Thermoplastic Vulcanizates) 등이 있다. TPE는 고무의 탄성과 플라스틱의 열가소성을 동시에 갖춘 친환경 소재로서, 복원력과 충격 흡수 등의 물성과 가공성, 경량성이 우수하며, 자동차, 건축, 의료, 스포츠 등 사용 범위가 넓다. TPE는 고무와 플라스틱 배합에 따라 고무에 가까운 TPV(thermoplastic vulcanizates)와 플라스틱에 가까운 TPEE, TPU 가 된다. 이들 중 탄성이 우수하여 실링 효과가 더 좋은 TPV가 가스켓 재질에 더 적합할 것이다.An elastomer may be used as a raw material used in manufacturing the gasket. Elastomers include TPE (Thermoplastic Elastomer) and TPV (Thermoplastic Vulcanizates). TPE is an eco-friendly material that has both the elasticity of rubber and the thermoplasticity of plastic. It has excellent physical properties such as resilience and shock absorption, processability, and light weight, and is widely used in automobiles, construction, medical care, and sports. Depending on the combination of rubber and plastic, TPE becomes rubber-like thermoplastic vulcanizates (TPV) and plastic-like TPEE and TPU. Among them, TPV, which has excellent elasticity and has a better sealing effect, would be more suitable as a gasket material.

본 발명의 실시예에서는 가스켓 원료로 탄성중합체를 제시하였지만, 이에 한정되는 것이 아니라 실리콘계, 불소계, 올레핀계, 이피디엠(Ethylene Propylene Diene Trepolymer) 고무, 테프론 시트 등 다양한 원료가 사용될 수 있다.In the embodiment of the present invention, an elastomer is suggested as a gasket raw material, but it is not limited thereto, and various raw materials such as silicon, fluorine, olefin, Ethylene Propylene Diene Trepolymer, and Teflon sheet may be used.

호퍼(12)에 투입되는 원료(20)는 과립 형태의 탄성중합체인 것이 바람직하다. 열가소성 물질을 과립 형태로 만들어 투입함으로써, 호퍼(12)로의 투입이 원활해질 뿐만 아니라 고온, 고압에서 압출 가공도 더 원활하게 수행될 수 있다.The raw material 20 injected into the hopper 12 is preferably a granular elastomer. By making the thermoplastic material in the form of granules and introducing it, not only the introduction into the hopper 12 is smooth, but also the extrusion process can be performed more smoothly at high temperature and high pressure.

한편, T-다이(11)를 통해 용융 상태로 사출된 탄성중합체(elastomer)는 압착 롤(13), 제1 냉각 롤(14) 및 제 2냉각 롤(15)을 거치면서 냉각되어 시트 형태로 가공된다.Meanwhile, the elastomer injected in a molten state through the T-die 11 is cooled while passing through the compression roll 13, the first cooling roll 14, and the second cooling roll 15 to form a sheet. processed

롤 다이 성형 공정을 통해 탄성중합체는 가스켓 원료 시트로 성형되기 때문에 얇은 두께로 가공되어야 한다. 따라서, 롤 다이 성형 공정 중 두께 측정기(16)로 실시간으로 시트의 두께를 측정함으로써, 롤 간의 간격 조절에 의해 시트의 가공 두께가 조절될 수 있다. 가스켓 제작용 원료 시트의 두께는 3T(3㎜)가 바람직하지만 이 수치에 한정되는 것은 아니며, 1∼4T(1∼4㎜)의 범위로 제작될 수 있다.Since the elastomer is formed into a gasket raw material sheet through the roll die forming process, it must be processed into a thin thickness. Therefore, by measuring the thickness of the sheet in real time with the thickness meter 16 during the roll die forming process, the processing thickness of the sheet can be adjusted by adjusting the distance between the rolls. The thickness of the raw material sheet for gasket production is preferably 3T (3 mm), but is not limited to this value, and may be manufactured in the range of 1 to 4 T (1 to 4 mm).

이와 같이, 호퍼(12)로 투입된 과립 형태의 탄성중합체는 복수의 롤을 거쳐 가스켓 제작용으로 적합한 두께를 지난 시트로 성형되며, 마지막으로 적당한 폭을 갖도록 트리머(17)로 절단되어 가스켓 원료 시트(30)로 취출된다.In this way, the granular elastomer injected into the hopper 12 is formed into a sheet having a thickness suitable for manufacturing gaskets through a plurality of rolls, and finally cut by the trimmer 17 to have an appropriate width to form a gasket raw material sheet ( 30) is taken out.

이 가스켓 원료 시트(30)는 바로 프로그레시브 성형 공정에 투입되어 가스켓으로 성형될 수 있다.The gasket raw material sheet 30 may be directly put into a progressive molding process and molded into a gasket.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법에 적용되는 프로그레시브 금형을 이용한 성형 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a molding method using a progressive mold applied to a method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

프로그레시브 성형은 복잡한 형상의 제품을 만들기 위해 소재를 다수의 공정부로 순차적으로 이송시키며 연속 작업을 하는 프레스 가공 방식으로, 가공 능률과 생산성을 향상시킬 수 있다.Progressive molding is a press processing method in which materials are sequentially transported to a number of processing units to make products with complex shapes, and continuous operation is performed, which can improve processing efficiency and productivity.

프로그레시브 성형 공정에는 피어싱(fiercing), 벤딩(bending), 포밍(forming), 드로잉(drawing), 블랭킹(blanking) 등 많은 공정들이 있으나, 도 2에는 일부의 공정들만 도시되어 있다.There are many processes such as piercing, bending, forming, drawing, and blanking in the progressive forming process, but only some processes are shown in FIG. 2 .

도시된 바와 같이, 프로그레시브 프레스를 보면, 상형의 다이 홀더(40)에 피어싱 펀치(42), 다이(44,46), 트리밍 다이(48)가 부착되어 있고, 하형의 펀치 홀더(50)에 1차 드로잉 펀치(52), 블랭크 홀더(54), 재드로잉 펀치(56), 트리밍 펀치(58)가 부착되어 있다.As shown, in the progressive press, a piercing punch 42, dies 44 and 46, and a trimming die 48 are attached to the upper die holder 40, and 1 to the lower die holder 50. A secondary drawing punch 52, a blank holder 54, a redrawing punch 56, and a trimming punch 58 are attached.

이와 같이 구성된 프로그레시브 프레스를 이용하여 프로그레시브 성형을 하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the process of progressive molding using the progressive press configured as described above is as follows.

피어싱 펀치(42)는 투입된 가스켓 원료 시트(30)를 관통하여 홀을 형성할 수 있다. 피어싱 공정에서 펀치에 의해 관통된 부분을 제외한 나머지 부분이 제품이 된다. 반면, 피어싱 공정과 마찬가지로 시트의 일부를 관통하는 블랭킹 공정에서는 관통된 홀이 제품이 된다.The piercing punch 42 may form a hole by penetrating the inserted gasket raw material sheet 30 . In the piercing process, the remaining part except for the part penetrated by the punch becomes a product. On the other hand, in the blanking process that penetrates a part of the sheet, similar to the piercing process, the through hole becomes a product.

1차 드로잉 펀치(52)는 다이(44)와 함께 가스켓 원료 시트(30)에 요철 형상을 성형한다. 그리고, 재드로잉 펀치(56)와 다이(46)가 요철 형상을 재조정한다. 도 2에서는 시트에 요철을 성형하기 위해 드로잉 펀치가 사용되었지만, 포밍 펀치가 사용될 수도 있다.The primary drawing punch 52 forms concavo-convex shapes on the gasket raw material sheet 30 together with the die 44. Then, the re-drawing punch 56 and the die 46 readjust the concavo-convex shape. In FIG. 2, a drawing punch is used to form irregularities on the sheet, but a forming punch may also be used.

트리밍 펀치(58)는 트리밍 다이(48)와 함께 가스켓 원료 시트(30)의 일부를 절단한다. 이때, 트리밍 펀치(58) 또는 트리밍 다이(48)는 경사진 절단면을 갖고 있다.The trimming punch 58 cuts a part of the gasket raw material sheet 30 together with the trimming die 48 . At this time, the trimming punch 58 or the trimming die 48 has an inclined cutting surface.

도 2에서는 프로그레시브 성형 공정에 사용되는 몇 개의 공정만 제시되었지만, 가스켓 성형 방법에 따라 포밍, 블랭킹 공정 등 다른 공정들이 더 포함될 수도 있고, 제시된 공정들의 순서가 바뀔 수도 있다.Although only a few processes used in the progressive forming process are presented in FIG. 2 , other processes such as forming and blanking processes may be further included depending on the gasket forming method, and the order of the presented processes may be changed.

도 3은 본 발명의 프로그레시브 성형 공정을 통해 가스켓 원료 시트가 가스켓으로 성형되는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.3 is a view sequentially showing a process in which a gasket raw material sheet is formed into a gasket through the progressive forming process of the present invention.

먼저, (a)를 보면, 롤 다이 성형을 통해 만들어진 가스켓 원료 시트(130)를 프로그레시브 성형 공정에 투입한다.First, referring to (a), the gasket raw material sheet 130 made through roll die forming is put into a progressive forming process.

다음, (b)에서와 같이, 가스켓 원료 시트(130)의 테두리 영역을 절단(cutting) 가공하여 초기 형태의 가스켓(131)을 형성한다. 이때, 절단 가공 대신 블랭킹(blanking) 공정을 이용하여 테두리 영역을 제거할 수도 있다.Next, as in (b), the gasket 131 of the initial shape is formed by cutting the edge region of the gasket raw material sheet 130 . In this case, the edge region may be removed using a blanking process instead of cutting.

다음, (c)를 보면, 피어싱 공정을 통해 가스켓(131)에 복수의 매니폴드 홀(133a,133b,134a,134b,135a,135b)들을 형성한다. 여기서, 제 1매니폴드 홀(133a)은 연료전지 스택에서 수소가스가 투입되는 매니폴드 홀에 대응되어 실링 기능을 수행하며, 제 2매니폴드 홀(133b)는 수소가스가 배출되는 매니폴드 홀에 대응되어 실링 기능을 수행한다. 그리고, 제 3매니폴드 홀(134a)은 연료전지 스택에서 공기가 투입되는 매니폴드 홀에 대응되어 실링 기능을 수행하며, 제 4매니폴드 홀(134b)은 공기가 배출되는 매니폴드 홀에 대응되어 실링 기능을 수행한다. 또한, 제 5매니폴드 홀(135a)은 연료전지 스택에서 냉각수가 투입되는 매니폴드 홀에 대응하여 실링 기능을 수행하며, 제 6매니폴드 홀(135b)은 냉각수가 배출되는 매니폴드 홀에 대응되어 실링 기능을 수행한다. 한편, 제 7매니폴드 홀(132)은 연료전지 스택에서 막 전극 복합체의 위치에 대응하여 실링 기능을 수행한다.Next, referring to (c), a plurality of manifold holes 133a, 133b, 134a, 134b, 135a, and 135b are formed in the gasket 131 through a piercing process. Here, the first manifold hole 133a corresponds to the manifold hole through which hydrogen gas is injected in the fuel cell stack and performs a sealing function, and the second manifold hole 133b corresponds to the manifold hole through which hydrogen gas is discharged. Corresponds to perform sealing function. In addition, the third manifold hole 134a corresponds to the manifold hole through which air is introduced in the fuel cell stack and performs a sealing function, and the fourth manifold hole 134b corresponds to the manifold hole through which air is discharged. perform a sealing function. In addition, the fifth manifold hole 135a performs a sealing function corresponding to the manifold hole through which the coolant is injected in the fuel cell stack, and the sixth manifold hole 135b corresponds to the manifold hole through which the coolant is discharged. perform a sealing function. Meanwhile, the seventh manifold hole 132 performs a sealing function corresponding to the position of the membrane electrode assembly in the fuel cell stack.

(d)를 보면, 제 1 내지 제 6매니폴드 홀(133a,133b,134a,134b,135a,135b) 둘레(136)의 1차 박막 두께부를 가공한다. 이때, 벤딩 공정 등을 통해 제 1 내지 제 6매니폴드 홀(133a,133b,134a,134b,135a,135b) 둘레(136)가 한쪽 방향으로 꺾인 형태가 되도록 가공하여 가스켓과 연료전지의 분리막이나 GDL 등과의 밀착 효과를 높일 수 있다.Referring to (d), the first thin film thickness portion around the circumference 136 of the first to sixth manifold holes 133a, 133b, 134a, 134b, 135a, and 135b is processed. At this time, the circumferences 136 of the first to sixth manifold holes 133a, 133b, 134a, 134b, 135a, 135b are bent in one direction through a bending process, etc., so that gaskets and fuel cell separators or GDL It is possible to increase the adhesion effect with the back.

(e)를 보면, 제 7매니폴드 홀(1312) 둘레(137)의 2차 박막 두께부를 가공한다. 이때, 벤딩 공정 등을 통해 제 7매니폴드 홀(132) 둘레(137)가 한쪽 방향으로 꺾인 형태가 되도록 가공하여 가스켓과 막 전극 복합체 간의 밀착 효과를 높일 수 있다.Looking at (e), the secondary thin film thickness around the circumference 137 of the seventh manifold hole 1312 is processed. At this time, the circumference 137 of the seventh manifold hole 132 may be processed to be bent in one direction through a bending process or the like to increase the adhesion effect between the gasket and the membrane electrode assembly.

다음, (f)를 보면, 가스켓(131)의 둘레를 따라 요철부를 형성한다. 또한, 각 매니폴드 홀의 일부 또는 전부의 둘레를 따라 요철부를 형성한다. 이때, 드로잉 공정이 사용될 수 있으며, 요철 형상을 더 정밀하게 가공하거나 재조정하기 위해 재드로잉(redrawing) 공정을 추가할 수도 있다. 또는, 드로잉 공정 대신 포밍 공정을 수행하여 요철 형상을 성형할 수도 있다.Next, looking at (f), concavo-convex portions are formed along the circumference of the gasket 131. Further, concavo-convex portions are formed along a part or all of the periphery of each manifold hole. At this time, a drawing process may be used, and a redrawing process may be added to more precisely process or readjust the concavo-convex shape. Alternatively, the concavo-convex shape may be formed by performing a forming process instead of a drawing process.

(c)에서 복수의 매니폴드 홀(133a,133b,134a,134b,135a,135b)들을 형성하는 공정과 (f)에서 가스켓(131)의 둘레를 따라 요철부를 형성하는 공정은 제작 환경에 따라 순서가 바뀔 수도 있다. 즉, 가스켓(131)에 요철부를 먼저 형성하고 나서 매니폴드 홀(133a,133b,134a,134b,135a,135b)들을 가공할 수도 있다.The process of forming the plurality of manifold holes 133a, 133b, 134a, 134b, 135a, and 135b in (c) and the process of forming concavo-convex portions along the circumference of the gasket 131 in (f) are ordered according to the manufacturing environment. may change. That is, the manifold holes 133a , 133b , 134a , 134b , 135a , and 135b may be processed after first forming the concave-convex portion on the gasket 131 .

한편, 여러 공정 단계를 거쳐 완성된 가스켓의 각 변은 매끈하지 못하고 불규칙한 형태를 가질 수 있기 때문에 트리밍 공정으로 가스켓의 변을 일정하게 절단하여 매끈하게 성형할 수 있다.On the other hand, since each side of the gasket completed through various process steps may have an irregular shape without being smooth, the gasket may be molded smoothly by uniformly cutting the sides of the gasket through a trimming process.

도 4는 도 3의 I-I' 절단면을 도시한 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a line II' of FIG. 3 .

도시된 바와 같이, 가스켓(231)의 일부에 요철부(238)가 형성되어 있다. 이 요철부(238)는 프로그레시브 성형 공정 중 드로잉 공정이나 포밍 공정에 의해 형성될 수 있다.As shown, a concave-convex portion 238 is formed on a portion of the gasket 231 . The concavo-convex portion 238 may be formed by a drawing process or a forming process among progressive forming processes.

이와 같이, 가스켓(231) 둘레 및 매니폴드 홀(132,133a,133b,134a,134b,135a,135b) 일부 또는 전부의 둘레를 따라 형성되는 요철부(238)는 연료전지 스택의 다른 막과의 밀착 결합에서 실링 효과를 높여주기 위한 구조이다.As described above, the uneven portion 238 formed along the circumference of the gasket 231 and some or all of the manifold holes 132 , 133a , 133b , 134a , 134b , 135a , and 135b is in close contact with other membranes of the fuel cell stack. It is a structure to increase the sealing effect in bonding.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.5 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 단계(S312)에서 롤 다이 장치에 가스켓 원료를 투입한다. 가스켓 원료에는 과립 형태의 탄성중합체가 사용되는 것이 바람직하지만, 이뿐만 아니라 실리콘계, 불소계, 올레핀계, 이피디엠(Ethylene Propylene Diene Trepolymer) 고무, 테프론 시트 등이 사용될 수 있다.As shown, in step S312, a gasket raw material is introduced into the roll die device. It is preferable to use granular elastomers as gasket raw materials, but silicone-based, fluorine-based, olefin-based, Ethylene Propylene Diene Trepolymer rubber, Teflon sheets, and the like may also be used.

투입된 가스켓 원료는 T-다이를 통해 압출되며, 복수의 롤을 거치면서 시트 형태로 성형된다. 이때, 단계(S314)에서 박막 형태의 가스켓 제작에 적합하도록 가스켓 원료 시트의 두께를 조절한다. 1∼4㎜의 두께로 가공되는 것이 적합하다.The input gasket raw material is extruded through a T-die and formed into a sheet form while passing through a plurality of rolls. At this time, in step S314, the thickness of the gasket raw material sheet is adjusted so as to be suitable for manufacturing a gasket in the form of a thin film. It is suitable to be processed to a thickness of 1 to 4 mm.

다음, 단계(S316)에서는 시트의 불균일한 변을 트리밍하여 가스켓 원료 시트를 완성한다.Next, in step S316, the non-uniform sides of the sheet are trimmed to complete the gasket raw material sheet.

상기 단계(S312∼316)들은 롤 다이 성형 공정(S310)이 적용되는 단계들이다.The above steps (S312 to 316) are steps to which the roll die forming process (S310) is applied.

다음, 단계(S322)에서는 롤 다이 성형 공정(S310)에서 완성된 가스켓 원료 시트를 프로그레시브 성형 공정(S320)에 투입한다.Next, in step S322, the gasket raw material sheet completed in the roll die forming step S310 is put into the progressive forming step S320.

완성된 가스켓 원료 시트는 자동적으로 프로그레시브 성형 공정(S320)에 투입된다. 본 발명에서는, 롤 다이 성형 공정(S310)과 프로그레시브 성형 공정(320)을 연결하여 공정이 순차적으로 진행되도록 한다.The completed gasket raw material sheet is automatically put into the progressive molding process (S320). In the present invention, the roll die forming process (S310) and the progressive forming process (320) are connected so that the process proceeds sequentially.

다음, 단계(S324)에서는 투입된 가스켓 원료 시트를 절단하여 초기 형태의 가스켓을 형성한다. 가스켓 원료 시트를 절단할 때 절단(cutting) 공정이나 외곽 영역을 제거하는 블랭킹(blanking) 공정을 사용할 수 있다.Next, in step S324, the gasket raw material sheet is cut to form an initial gasket. When cutting the gasket material sheet, a cutting process or a blanking process for removing an outer region may be used.

다음, 단계(326)에서 가스켓을 관통하여 복수의 매니폴드 홀을 형성한다. 이때, 피어싱(fiercing) 공정이 사용될 수 있다.Next, in step 326, a plurality of manifold holes are formed through the gasket. At this time, a piercing process may be used.

다음, 단계(328)에서는 매니폴드 홀 테두리의 1차 및 2차 박막 두께부 가공을 수행한다.Next, in step 328, first and second thin film thickness processing of the edge of the manifold hole is performed.

그 다음, 단계(330)에서는 연료전지 스택의 다른 구조물과의 밀착을 높여 실링 효과를 얻기 위해 가스켓의 둘레를 따라 요철부를 형성한다. 또한, 매니폴드 홀의 일부 또는 전부의 둘레를 따라 요철부를 형성할 수도 있다. 이때, 요철부를 성형하기 위해 드로잉 공정 또는 포밍 공정이 사용될 수 있다.Next, in operation 330, concavo-convex portions are formed along the circumference of the gasket to obtain a sealing effect by increasing adhesion of the fuel cell stack to other structures. In addition, the concavo-convex portion may be formed along a part or all of the circumference of the manifold hole. At this time, a drawing process or a forming process may be used to form the concave-convex portion.

단계(S326)의 복수의 매니폴드 홀을 형성하는 공정과 단계(330)의 가스켓에 요철부를 형성하는 공정은 제작 환경에 따라 어느 하나가 먼저 수행될 수 있다. 즉, 가스켓에 요철부를 먼저 형성한 후 매니폴드 홀을 형성할 수도 있다.Either one of the process of forming a plurality of manifold holes in step S326 and the process of forming uneven portions on the gasket in step 330 may be performed first depending on the manufacturing environment. That is, the manifold hole may be formed after first forming the concave-convex portion on the gasket.

한편, 요철부를 좀 더 정밀하게 가공하거나 형상을 재조정하려면 재드로잉 공정을 추가할 수 있다.Meanwhile, a re-drawing process may be added to more precisely process the concavo-convex part or to readjust the shape.

다음 단계(S332)에서 완성된 가스켓을 취출한다.In the next step (S332), the completed gasket is taken out.

이와 같이, 롤 다이 성형 공정(S310)과 프로그레시브 성형 공정(S320)이 연속적으로 진행되는 가스켓 제작 방법을 통해 하나의 가스켓을 완성하는데 10∼20초의 시간이 소요된다. 따라서, 가스켓 생산 시간이 종래의 사출 성형 공정이나 디스펜서 공정을 이용한 가스켓 생산 시간보다 크게 감소되는 결과를 가져온다.As such, it takes 10 to 20 seconds to complete one gasket through the gasket manufacturing method in which the roll die forming process (S310) and the progressive forming process (S320) are continuously performed. Accordingly, the gasket production time is greatly reduced compared to the gasket production time using the conventional injection molding process or the dispenser process.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법은 롤 다이 성형 공정과 프로그레시브 성형 공정을 연결하여 가스켓 원료 투입부터 가스켓 완성까지 복수의 공정들이 순차적으로 자동 진행되도록 함으로써, 생산 시간을 줄이고 생산성을 높일 수 있다.As described above, the method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention connects a roll die forming process and a progressive forming process so that a plurality of processes are sequentially and automatically performed from inputting gasket raw materials to gasket completion, thereby reducing production time. reduce and increase productivity.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가스켓 제작 방법은 전체 가스켓 제작 과정을 크게 두 개로 모듈화한다. 즉, 롤 다이 성형 공정을 통해 가스켓 원료를 가스켓 원료 시트로 가공하고, 프로그레시브 성형 공정을 통해 가스켓 원료 시트를 가스켓으로 가공한다.In addition, the method for manufacturing a gasket for a fuel cell according to an embodiment of the present invention modularizes the entire gasket manufacturing process into two parts. That is, the gasket raw material is processed into a gasket raw material sheet through a roll die forming process, and the gasket raw material sheet is processed into a gasket through a progressive forming process.

이와 같이, 전체 공정을 모듈화함으로써, 가스켓 제작 진행 상태에 따라 일부 또는 전체 공정 진행을 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미 많은 가스켓 원료 시트가 생산된 상태라면, 롤 다이 성형 공정을 중단시키거나 공정 속도를 낮추고 프로그레시브 성형 공정을 집중적으로 진행할 수 있다. 즉, 가스켓 생산 진행 상태에 따라 모듈 공정을 개별적으로 제어하여 생산성을 높일 수 있다.In this way, by modularizing the entire process, part or all of the process can be controlled according to the gasket manufacturing progress. For example, if a large number of gasket material sheets have already been produced, the roll die forming process may be stopped or the process speed may be reduced and the progressive forming process may be intensively performed. That is, it is possible to increase productivity by individually controlling the module process according to the gasket production progress.

10: 압출기
20: 원료
30: 가스켓 원료 시트
40: 다이 홀더
50: 펀치 홀더
130: 가스켓 원료 시트
131, 231: 가스켓
10: extruder
20: raw material
30: gasket raw material sheet
40: die holder
50: punch holder
130: gasket raw material sheet
131, 231: gasket

Claims (10)

롤 다이 성형 공정을 이용하여 가스켓 원료를 압출하고 성형하여 가스켓 원료 시트를 만드는 단계와,
상기 가스켓 원료 시트를 프로그레시브 성형 공정에 투입하여 복수의 매니폴드 홀을 형성하고, 상기 가스켓 원료 시트 둘레에 요철부를 형성하는 단계를 포함하는 연료전지용 가스켓 제작 방법.
Making a gasket raw material sheet by extruding and molding the gasket raw material using a roll die forming process;
The method of manufacturing a gasket for a fuel cell comprising the steps of introducing the gasket raw material sheet into a progressive forming process to form a plurality of manifold holes and forming concavo-convex portions around the gasket raw material sheet.
투입된 가스켓 원료를 용융 상태로 압출하는 제 1단계와,
상기 압출된 가스켓 원료를 시트 형태로 성형하여 가스켓 원료 시트를 형성하는 제 2단계와,
상기 가스켓 원료 시트를 절단하여 초기 형태의 가스켓을 형성하는 제 3단계와,
상기 가스켓을 관통하여 복수의 매니폴드 홀을 형성하며, 상기 가스켓의 둘레 및 상기 매니폴드 홀의 둘레를 따라 요철부를 형성하는 제 4단계를 포함하는 연료전지용 가스켓 제작 방법.
A first step of extruding the input gasket material in a molten state;
A second step of molding the extruded gasket raw material into a sheet form to form a gasket raw material sheet;
A third step of cutting the gasket raw material sheet to form a gasket of an initial shape;
and a fourth step of forming a plurality of manifold holes through the gasket and forming concave-convex portions along the circumference of the gasket and the manifold hole.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가스켓 원료는 탄성중합체인 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 1 or 2,
The gasket manufacturing method for a fuel cell, wherein the gasket raw material is an elastomer.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 가스켓 원료는 과립 형태인 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 1 or 2,
The gasket raw material is a method for manufacturing a gasket for a fuel cell in the form of granules.
제 1 항에 있어서,
상기 가스켓 원료 시트를 만드는 단계는 상기 가스켓 원료 시트의 두께를 조절하고 트리밍하는 단계를 포함하는 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a gasket for a fuel cell, wherein the manufacturing of the gasket raw material sheet includes adjusting and trimming the thickness of the gasket raw material sheet.
제 1 항에 있어서,
상기 가스켓 원료 시트는 상기 프로그레시브 성형 공정에 자동 투입되는 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 1,
The gasket manufacturing method for a fuel cell, wherein the gasket raw material sheet is automatically introduced into the progressive molding process.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 단계 및 제 2단계에는 롤 다이 성형 공정이 사용되고, 상기 제 3 단계 및 제 4단계에는 프로그레시브 성형 공정이 사용되는 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 2,
A method for manufacturing a gasket for a fuel cell, wherein a roll die molding process is used in the first and second steps, and a progressive molding process is used in the third and fourth steps.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2단계는 상기 가스켓 원료 시트의 두께를 조절하고 트리밍하는 단계를 포함하는 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 2,
The second step includes adjusting and trimming the thickness of the gasket raw material sheet.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2단계에서 형성된 가스켓 원료 시트는 상기 제 3단계로 자동 투입되는 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 2,
A gasket manufacturing method for a fuel cell, wherein the gasket raw material sheet formed in the second step is automatically introduced into the third step.
제 2항에 있어서,
상기 복수의 매니폴드 홀을 형성하는 공정 및 상기 요철부를 형성하는 공정 중 어느 하나가 먼저 수행되는 것인 연료전지용 가스켓 제작 방법.
According to claim 2,
The method of manufacturing a gasket for a fuel cell, wherein any one of the process of forming the plurality of manifold holes and the process of forming the concavo-convex portion is performed first.
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