KR102503242B1 - 가스켓 제조방법 - Google Patents

가스켓 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102503242B1
KR102503242B1 KR1020210112529A KR20210112529A KR102503242B1 KR 102503242 B1 KR102503242 B1 KR 102503242B1 KR 1020210112529 A KR1020210112529 A KR 1020210112529A KR 20210112529 A KR20210112529 A KR 20210112529A KR 102503242 B1 KR102503242 B1 KR 102503242B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gasket
pressing
mold
manufacturing
forming
Prior art date
Application number
KR1020210112529A
Other languages
English (en)
Inventor
최재혁
김국현
이창우
Original Assignee
주식회사 화승알앤에이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 화승알앤에이 filed Critical 주식회사 화승알앤에이
Priority to KR1020210112529A priority Critical patent/KR102503242B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102503242B1 publication Critical patent/KR102503242B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/18—Feeding the material into the injection moulding apparatus, i.e. feeding the non-plastified material into the injection unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/26—Moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/77—Measuring, controlling or regulating of velocity or pressure of moulding material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • F16J15/108—Special methods for making a non-metallic packing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/26—Sealing devices, e.g. packaging for pistons or pipe joints
    • B29L2031/265—Packings, Gaskets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명의 일실시예는 가스켓 제조용 금형 내부에 충진재를 주입하여 가스켓 바디를 형성하는 단계, 가압부가 형성된 상기 가스켓 바디의 가압대상부를 가압하여 단차부를 형성하는 단계, 및 상기 가스켓 제조용 금형 내부에 상기 충진재를 주입하는 압력을 조절하여 상기 가스켓 바디를 보압(hold pressure, packing)하는 단계를 포함하는 가스켓 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

가스켓 제조방법{Manufacturing method for gasket}
본 발명은 가스켓 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지 내부에 삽입되어 기체의 혼입 및 유출을 방지하는 가스켓을 제조하는 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료와 산화제를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 장치로서, 연료전지는 다수개의 단위 셀(unit cell)이 다수개 적층되는 스택(stack) 구조를 가진다. 단위 셀은 하나의 작은 전지이며, 적층되는 단위 셀의 개수가 많아질수록 스택의 출력이 증대된다. 따라서, 단위 셀의 두께를 최대한 얇게 만들어, 부피가 작으면서도 고출력을 내도록 하는 것이 연료전지 기술의 주요 기술 중 하나이다.
단위 셀의 기본 구조를 살펴보면, 막-전극 조립체(MEA: Membrane Electrode Assembly)의 양측에 분리판(bipolar plate)이 결합되어 형성되며, 막-전극 조립체와 분리판의 사이에는 연료전지로 공급되는 수소와 공기가 서로 혼입되거나 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 가스켓이 개재된다.
이러한 구조로 인해, 구조막-전극 조립체와 분리판, 그리고 가스켓을 초박막으로 제조하는 기술이 요구되고 있다. 특히, 가스켓은 일반적으로 사출(injection molding) 공법으로 제조되는데, 이러한 초박막 가스켓의 경우에는 제조 과정에서 미성형, 기포 등의 불량이 발생할 가능성이 매우 높다.
따라서, 초박막 가스켓을 용이하게 제조할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 얇은 두께의 가스켓을 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 가스켓 제조용 금형 내부에 충진재를 주입하여 가스켓 바디를 형성하는 단계, 가압부가 형성된 상기 가스켓 바디의 가압대상부를 가압하여 단차부를 형성하는 단계, 및 상기 가스켓 제조용 금형 내부에 상기 충진재를 주입하는 압력을 조절하여 상기 가스켓 바디를 보압(hold pressure, packing)하는 단계를 포함하는 가스켓 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단차부를 형성하는 단계는, 상기 가스켓 바디를 형성하는 단계에서 상기 가스켓 제조용 금형 내부에 상기 충진재의 주입이 종료된 이후 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가압부는, 상기 가스켓 제조용 금형에 선형이동 가능하게 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스켓 바디를 형성하는 단계에서, 상기 가압부는 상기 가스켓 바디의 상면과 접촉한 상태로 배치되고, 이후 상기 단차부를 형성하는 단계에서, 상기 가압부는 상기 가스켓 바디의 내측을 향해서 이동하여 상기 가압대상부를 가압할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스켓 제조용 금형에는 상기 가압부와 마주보는 가압보조부가 더 배치되고, 상기 가스켓 바디를 형성하는 단계에서, 상기 가압부가 상기 가압대상부를 가압하는 경우, 상기 가압보조부는 상기 가압부의 가압 방향을 따라 상기 가압부와 함께 선형 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가압보조부는, 상기 가압부가 상기 단차부를 형성하기 위해 상기 가스켓 바디를 가압하는 동안 상기 가압부와 접촉한 상태를 유지하여, 상기 단차부의 형상을 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스켓 바디를 보압하는 단계는, 상기 단차부를 형성하는 단계가 시작된 이후 미리 설정된 시간이 경과된 시점에 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스켓 바디를 보압하는 단계는, 상기 단차부를 형성하는 단계와 동시에 수행되어 상기 단차부를 형성하는 단계가 종료될 때까지 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스켓 제조방법은, 얇은 두께의 단차부를 용이하게 형성하는 방법을 제공함으로써, 초박막 두께의 가스켓을 제조할 수 있다. 이러한 초박막 가스켓을 이용하여, 단위 셀을 보다 얇은 두께로 제조할 수 있으므로, 연료전지의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 가스켓을 도시한 사시도이다.
도 2는 가스켓 제조용 금형 중, 제1 금형을 도시한 사시도이다.
도 3은 가압부 및 가압보조부가 단차부를 형성하는 과정을 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 가스켓 제조방법의 단계를 수행하는 순서 및 수행하는 시점을 도시한 도면이다.
도 5는 연료전지 단위 셀에 가스켓이 개재되는 구조를 도시한 사시도이다.
도 6은 도5의 연료전지 단위 셀이 조립된 상태의 평면도이다.
도 7은 도 6을 A-A' 방향에서 바라본 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 B 부분을 확대한 도면이다.
도 9는 도 8의 단차부에 접착제가 도포된 상태를 도시한 도면이다.
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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 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.
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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 가스켓을 도시한 사시도이다. 도 2는 가스켓 제조용 금형 중, 제1 금형을 도시한 사시도이다. 도 3은 가압부 및 가압보조부가 단차부를 형성하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예는 가스켓 제조방법을 제공할 수 있다. 여기서, 가스켓(10)은 연료전지의 단위 셀에 사용되는 연료전지용 가스켓일 수 있다.
이러한 경우, 가스켓(10)은 얇은 시트(sheet) 형상의 가스켓 바디(100)와, 적어도 하나의 단차부(400)를 구비할 수 있다. 이때, 단차부(400)는 가스켓(10)에서 두께가 가장 얇은 부분일 수 있다. 예를 들어, 가스켓 바디(100)의 두께는 0.2mm 일 수 있으며, 단차부(400)의 두께는 0.1mm 일 수 있다.
가스켓(10)은 탄성을 가진 소재로 제조될 수 있다. 일실시예로, 가스켓(10)은 열가소성 탄성체(ThermoPlastic Vulcanized; TPV)로 제조될 수 있다. 그러나, 가스켓(10)의 소재는 이에 한정되는 것은 아니며, 고무, 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA) 등의 다른 소재로 제조될 수도 있다.
가스켓(10)은 가스켓 제조용 금형을 이용하여 제조될 수 있다. 가스켓 제조용 금형은 제1 금형(M1)과 제2 금형(M2)을 포함할 수 있다.
제1 금형(M1)과 제2 금형(M2)은 서로 마주보되, 마주보는 면의 일부가 서로 이격되도록 배치되어, 사이에 공간을 형성할 수 있다. 가스켓 제조용 금형의 내부는, 제1 금형(M1)과 제2 금형(M2) 사이의 공간을 의미할 수 있다.
제1 금형(M1)과 제2 금형(M2) 사이의 공간은, 가스켓(10)에 대응되는 형상일 수 있다. 이러한 가스켓 제조용 금형의 내부에 충진재가 채워짐으로써, 가스켓(10)이 성형될 수 있다.
충진재는 가스켓 제조용 금형의 내부와 외부를 연통하는 주입구(미도시)를 통해 주입될 수 있다. 여기서, 충진재는 전술한 가스켓(10)의 소재를 가열하여 액체 상태로 만든 용융체(melt)일 수 있다.
제1 금형(M1)은 가압부(C1)를 구비할 수 있다. 가압부(C1)는 제1 금형(M1)에 선형이동 가능하게 배치될 수 있다. 이때, 가압부(C1)가 선형이동하는 방향은, 제1 금형(M1)의 높이 방향(Z축 방향)일 수 있다. 구체적으로, 가압부(C1)는 제1 금형(M1)의 내측으로 삽입되는 방향으로 이동하거나, 제1 금형(M1)으로부터 제2 금형(M2)을 향해 돌출되는 방향으로 이동할 수 있다.
제2 금형(M2)은 가압보조부(C2)를 구비할 수 있다. 가압보조부(C2)는 제2 금형(M2)에 선형이동 가능하게 배치될 수 있다. 이때, 가압보조부(C2)가 선형이동하는 방향은, 제2 금형(M2)의 높이 방향(Z축 방향)일 수 있다. 구체적으로, 가압보조부(C2)는 제2 금형(M2)의 내측으로 삽입되는 방향으로 이동하거나, 제2 금형(M2)으로부터 제1 금형(M1)을 향해 돌출되는 방향으로 이동할 수 있다.
가압부(C1)와 가압보조부(C2)는 예를 들어, 코어(core) 금형일 수 있다. 이러한 경우, 가압부(C1)와 가압보조부(C2)는 선형이동하기 위한 구동력을 발생시키는 유압 구동부(미도시)를 구비할 수 있다.
가압부(C1)와 가압보조부(C2)는 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 가압부(C1)의 단부는 가압보조부(C2)의 단부와 접촉할 수 있다. 이러한 경우, 가압부(C1)와 가압보조부(C2) 사이에는 충진재가 주입되지 않을 수 있다.
가압부(C1)와 가압보조부(C2)는, 단차부(400)가 형성되는 부분에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 가압부(C1)와 가압보조부(C2)는, 각각 단차부(400)의 개수만큼 구비될 수 있다.
이하에서는, 상술한 가스켓 제조용 금형을 이용하여 가스켓(10)을 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스켓 제조방법은, 가스켓 제조용 금형 내부에 충진재를 주입하여 가스켓 바디를 형성하는 단계(S100), 가압부가 가스켓 바디의 가압대상부를 가압하여 단차부를 형성하는 단계(S200), 및 가스켓 바디를 보압(Hold pressure)하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
먼저, 가스켓 제조용 금형 내부에 충진재를 주입하여 가스켓 바디를 형성하는 단계(S100)를 수행할 수 있다. 이 단계에서는, 단차부(400)를 제외한 가스켓 바디(100)만을 형성할 수 있다.
구체적으로, 제1 금형(M1)과 제2 금형(M2) 사이 공간으로 충진재가 주입될 때, 가압부(C1)는 제1 금형(M1)의 내부로 삽입되는 방향으로 이동한 상태일 수 있다. 이러한 경우, 가압부(C1)는 제2 금형(M2)으로부터 멀어진 상태일 수 있다.
이때, 가압대상부(410)는 제2 금형(M2)으로부터 제1 금형(M1)으로 돌출되는 방향으로 이동하여, 가압부(C1)와 접촉하는 상태를 유지할 수 있다. 가압대상부(410)의 단부가 가압부(C1)의 단부와 접촉한 상태로 함께 이동함에 따라, 둘 사이의 공간에는 충진재가 주입되지 않을 수 있다.
가압부(C1)가 이동함에 따라, 가압부(C1)와 제2 금형(M2)은, 단차부(400)의 두께(h2)보다 멀리 이격될 수 있다. 일실시예로, 가압부(C1)와 제2 금형(M2)은, 가스켓 바디(100)의 두께(h1)만큼 이격될 수 있다.
이러한 경우, 가압부(C1)와 제2 금형(M2) 사이 공간이 넓어짐으로써, 충진재가 해당 공간에 주입될 때, 유동 저항이 적어질 수 있다. 이에 따라, 해당 공간에 충진재가 원활하게 주입될 수 있다.
이때, 가압부(C1)와 제2 금형(M2)이 이격되는 거리는, 충진재의 유동성, 밀도 등에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 충진재의 유동성이 좋은 경우에는, 가압부(C1)와 제2 금형(M2)을 가스켓 바디(100)의 두께(h1)보다 적게 이격시킨 상태에서, 충진재를 주입할 수 있다.
반대로, 충진재의 유동성이 상대적으로 저하되는 경우에는, 가압부(C1)와 제2 금형(M2)을 가스켓 바디(100)의 두께(h1)보다 멀리 이격시킨 상태에서, 충진재를 주입할 수 있다.
이러한 방법으로, 가압부(C1)를 이동시켜 가스켓 제조용 금형 내부의 유동 저항을 저감시킨 상태에서 충진재를 주입함으로써, 가스켓 제조용 금형 내부 전체를 원활하게 충진할 수 있다.
즉, 충진재를 주입하는 단계에서 단차부(400)를 제외한 가스켓 바디(100)만을 형성함으로써, 단차부(400)가 형성될 부분까지 충진재가 빈틈없이 채워질 수 있다. 따라서, 가스켓 바디(100)가 완전하게 성형될 수 있다.
이와 같이 가스켓 바디(100)의 성형이 완료되면, 다음으로, 가압부가 가스켓 바디의 가압대상부를 가압하여 단차부를 형성하는 단계(S200)를 수행할 수 있다.
가스켓 제조용 금형의 내부에 충진재 주입이 완료되었을 때, 가압부(C1)는 적어도 일부가 가스켓 바디(100)와 접촉할 수 있다. 이때, 가압부(C1)의 단부와 접촉하는 가스켓 바디(100) 상면의 일부를, 가압대상부(410)라고 지칭하기로 한다.
단차부(400)를 형성하기 위해, 가압부(C1)는 가압대상부(410)를 가압할 수 있다. 구체적으로, 가압부(C1)는 제1 금형(M1)으로부터 제2 금형(M2)을 향해 이동할 수 있다. 이에 따라, 가압대상부(410)가 두께 방향(Z축 방향)으로 압축되어, 단차부(400)가 형성될 수 있다.
가압부(C1)는, 가스켓 바디(100)와 단차부(400)의 두께 차이만큼 이동할 수 있다. 즉, 가압부(C1)는 가압대상부(410)를 두께방향(Z축 방향)으로 얇게 압축하여 가압할 수 있다.
이러한 경우, 가압부(C1)가 충진재를 강한 압력으로 밀어냄으로써, 가압대상부(410) 주변의 공간을 보다 완벽하게 충진할 수 있다. 이에 따라, 가압대상부(410) 주변에 형성될 수 있는 미세한 성형 불량까지 방지할 수 있다.
또한, 가압부(C1)가 가압대상부(410)를 강한 압력으로 압축함으로써, 단차부(400)를 형성하는 충진재의 밀도가 증대될 수 있다. 이에 따라, 단차부(400)의 강도가 향상될 수 있다.
전술한 바와 같이, 단차부(400)는 가스켓(10)에서 두께가 가장 얇은 부분으로, 가스켓(10)을 이송하거나 조립하는 과정에서 파손되기 쉬운 부분일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓 제조방법은, 제조 과정에서 단차부(400)의 강도를 부분적으로 향상시킴으로써, 이러한 파손을 방지할 수 있다.
가압부(C1)가 이동할 때, 가압보조부(C2)는 가압부(C1)와 함께 이동할 수 있다. 구체적으로, 가압부(C1)가 제1 금형(M1)의 외부로 돌출되는 방향으로 이동할 때, 가압보조부(C2)는 제2 금형(M2)의 내측으로 삽입되는 방향으로 이동할 수 있다.
이러한 경우, 가압부(C1)와 가압보조부(C2)가 서로 접촉된 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라, 가압부(C1)와 가압보조부(C2)의 사이로 충진재가 유출되지 않으므로, 가압부(C1)가 가하는 압력이, 온전하게 가압대상부(410)로 전달될 수 있다. 또한, 단차부(400)의 주변에 플래시(flash) 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 단차부(400)의 형성이 완료되면, 다음으로, 가스켓 바디를 보압하는 단계(S300)을 수행할 수 있다.
가스켓 제조용 금형 내부에 충진된 충진재는, 시간이 지남에 따라 냉각되어, 고화(solidify)될 수 있다. 그리고, 충진재는 고화됨에 따라, 부피가 감소할 수 있다.
이러한 부피 감소를 보상하기 위해, 주입구를 통해 충진재를 추가로 주입하는 동시에, 충진재의 역류를 방지하기 위해 압력을 가할 수 있다. 이에 따라, 충진재가 가스켓 제조용 금형 내부에 완전히 채워진 상태로 고화되어, 가스켓(10)이 올바른 형상으로 성형될 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 가스켓 제조방법의 단계를 수행하는 순서 및 수행하는 시점을 도시한 도면이다.
이하에서는, 도4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가스켓 제조방법의 단계를 수행하는 순서와, 수행하는 시점을 설명하기로 한다.
먼저, 가스켓 제조용 금형 내부에 충진재를 주입하여 가스켓 바디를 형성하는 단계(S100)를 수행할 수 있다.
그리고, 가스켓 제조용 금형 내부가 충진 완료된 뒤, 가압부가 가스켓 바디의 가압대상부를 가압하여 단차부를 형성하는 단계(S200)가 시작될 수 있다.
이때, 단차부를 형성하는 단계(S200)가 시작되고 나서, 일정 시간이 경과된 뒤, 가스켓 바디를 보압하는 단계(S300)가 시작될 수 있다. 여기서, 단차부(400)를 형성하는 단계(S200)가 시작되는 시점과, 보압하는 단계(S300)가 시작되는 시점 사이의 시간차는, 매우 짧을 수 있다.
그리고, 단차부를 형성하는 단계(S200)와, 가스켓 바디를 보압하는 단계(S300)가 동시에 수행될 수 있다. 구체적으로, 가압부(C1)가 가압대상부(410)를 가압하는 동시에, 가스켓 제조용 금형의 주입구에 압력을 가할 수 있다.
이러한 경우, 주입구에 가해지는 보압으로 인해 가압부(C1)가 밀려나지 않고, 계속해서 가압대상부(410)를 압축시킬 수 있다. 따라서, 단차부(400)가 보압으로 인해 두꺼워지지 않고, 의도한 두께(h2)로 올바르게 성형될 수 있다.
단차부를 형성하는 단계(S200) 및 보압하는 단계(S300)는, 가스켓 금형 내부의 충진재가 충분히 응고되면, 종료될 수 있다.
이때, 두 단계가 종료되는 순서와 그 시점은, 가스켓(10)의 형상 및 소재에 따라, 다양하게 설정될 수 있다. 구체적으로, 두 단계가 종료되는 순서와 그 시점은, 가스켓(10)에서의 단차부(400)의 위치, 단차부(400)의 두께, 소재의 비중, 응고 속도 등에 따라 달라질 수 있다.
일 실시예로, 단차부를 형성하는 단계(S200)와 보압하는 단계(S300)는, 동시에 종료될 수 있다. 구체적으로, 가압대상부(410)에 가해지는 압력과, 가스켓 제조용 금형의 주입구에 가해지는 압력은, 동시에 해제될 수 있다.
이러한 방법은, 예를 들어, 단차부(400)가, 단차부(400)를 제외한 가스켓(10)의 다른 부분과, 유사한 속도로 응고되는 경우에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 가스켓(10)의 부위 별 응고 속도 차이로 인한, 변형이 발생할 가능성이 적을 수 있다.
다른 실시예로, 단차부를 형성하는 단계(S200)와 보압하는 단계(S300)는, 서로 다른 시점에 종료될 수 있다. 구체적으로, 단차부를 형성하는 단계(S200)가 보압하는 단계(S300) 보다 일정 시간 늦게 종료될 수 있다.
이러한 방법은 예를 들어, 단차부(400)가, 단차부(400)를 제외한 가스켓(10)의 다른 부분보다 늦게 응고되는 경우에 사용될 수 있다. 예컨대, 금형 구조 상 단차부(400) 주변에 냉각유로를 배치하기 어려운 경우를 들 수 있다. 이러한 경우, 단차부(400)에 가해지는 압력을 보다 길게 유지함으로써, 압력이 해제되었을 때 단차부(400)의 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 연료전지 단위 셀에 가스켓이 개재되는 구조를 도시한 사시도이다. 도 6은 도5의 연료전지 단위 셀이 조립된 상태의 평면도이다. 도 7은 도 6을 A-A' 방향에서 바라본 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8은 도 7의 B 부분을 확대한 도면이다. 도 9는 도 8의 단차부에 접착제가 도포된 상태를 도시한 도면이다.
이하에서는, 도 1 및 도 5 내지 도9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 제조방법으로 제조되는 가스켓(10)에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
가스켓(10)은 제1 부품(20) 및 제2 부품(30)의 사이에 개재되어, 양 부품 사이를 실링(sealing)할 수 있다. 여기서, 제1 부품(20)은 연료전지의 분리판(Bipolar plate)일 수 있으며, 제2 부품(30)은 연료전지의 막-전극 조립체(MEA: Membrane Electrode Assembly)일 수 있다. 이러한 경우, 제2 부품(30)은 2개의 가스확산층(Gas Diffusion Layer, 31)의 사이에, 막 전극층(membrane electrode, 32)이 적층된 구조일 수 있다.
제1 부품(20) 및 제2 부품(30)은, 전체적으로 얇은 시트 형상의 구조물일 수 있다. 이러한 경우, 제1 부품(20), 가스켓(10) 그리고 제2 부품(30)이 순서대로 적층되는 구조로 결합될 수 있다. 구체적으로, 가스켓(10)의 상측에는 제1 부품(20)이 적층되고, 하측에는 제2 부품이 적층될 수 있다.
가스켓(10)은 제1 유로(210), 제2 유로(220), 삽입구(300) 그리고 단차부(400)를 구비할 수 있다.
제1 유로(210) 및 제2 유로(220)는, 연료전지 내부에 수소 및 공기를 공급하기 위한 유로 및 연료전지 내부에서 생성된 물을 배출하기 위한 유로를 형성할 수 있다.
제1 유로(210)와 제2 유로(220)는, 각각 가스켓(10)의 일단 및 타단에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 유로(210)는, 가스켓(10)의 길이 방향(Y축 방향)을 기준으로, 일단에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 유로(220)는, 제1 유로(210)로부터 가스켓(10)의 길이 방향(Y축 방향)으로 이격되어, 가스켓(10)의 타단에 배치될 수 있다.
제1 유로(210) 및 제2 유로(220)는, 가스켓 바디(100)를 관통하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 유로(210) 및 제2 유로(220)는, 가스켓 바디(100)의 상면으로부터, 가스켓 바디(100)의 두께 방향을 따라, 가스켓 바디(100)의 하면까지 연장될 수 있다.
제1 유로(210) 및 제2 유로(220)의 형상은, 가스켓(10)이 개재되는 연료전지의 전체적인 구조 및 용량에 따라 상이할 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
삽입구(300)는 내측에 후술할 제2 부품(30)이 삽입될 수 있다. 삽입구(300)는 제1 유로(210) 및 제2 유로(220) 사이에 배치될 수 있다.
삽입구(300)는 가스켓 바디(100)를 관통하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 삽입구(300)는, 가스켓 바디(100)의 상면으로부터, 가스켓 바디(100)의 두께 방향을 따라, 가스켓 바디(100)의 하면까지 연장될 수 있다.
단차부(400)는 삽입구(300)에 삽입된 제2 부품(30)이 안착되는 부분일 수 있다. 단차부(400)는 삽입구(300)의 폭 방향(Y축 방향)을 기준으로, 일단에 배치될 수 있다.
단차부(400)는 가스켓 바디(100)의 상면으로부터, 내측으로 함몰되어 형성될 수 있다. 이러한 경우, 단차부(400)의 상면은, 가스켓 바디(100)의 상면보다, 가스켓(10)의 두께 방향(Z축 방향)을 기준으로 하측에 배치될 수 있다.
단차부(400)는 삽입구(300)의 일단으로부터, 삽입구(300)의 폭 방향(Y축 방향)으로 연장되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 단차부(400)는, 삽입구(300)의 일단으로부터, 가스켓 바디(100)의 상면과 평행하도록 연장될 수 있다.
이러한 경우, 삽입구(300)의 내측으로 삽입된 제2 부품(30)의 하측이, 단차부(400)의 상면에 접촉하여 안착될 수 있다.
단차부(400)는 적어도 하나가 구비될 수 있다. 일 실시예로, 단차부(400)는 한쌍이 구비될 수 있다. 이러한 경우, 한쌍의 단차부(400)는 삽입구(300)의 일단 및 타단에 각각 하나씩 배치될 수 있다. 구체적으로, 한쌍의 단차부(400)는, 삽입구(300)와 제1 유로(210) 사이에 하나가 배치되고, 삽입구(300)와 제2 유로(220) 사이에 다른 하나가 배치될 수 있다.
이러한 경우, 한쌍의 단차부(400)의 상면에, 삽입구(300)로 삽입된 제2 부품(30)이 안착될 수 있다. 제2 부품(30)의 양단이 한쌍의 단차부(400)에 안착됨에 따라, 가스켓(10)이 제2 부품(30)을 보다 안정적으로 지지할 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 가스켓(10), 제1 부품(20) 및 제2 부품(30)은 적층되어, 단위 셀을 형성할 수 있다. 그리고, 도시되지는 않았으나, 이러한 단위 셀이 다수개가 반복적으로 적층되어, 하나의 스택을 형성할 수 있다.
이때, 가스켓(10), 제1 부품(20) 및 제2 부품(30)의 두께는 매우 얇을 수 있으나, 설명의 편의를 위해, 도 7 내지 도 9에서는 두께를 보다 크게하여 도시하였다.
일실시예로, 단차부(400)에는, 삽입구(300)에 삽입된 제2 부품(30)이 안착될 수 있다. 구체적으로, 단차부(400)의 상면에, 제2 부품(30)의 하면이 접촉하여, 안착될 수 있다.
이때, 제2 부품(30)의 두께(h3)는, 가스켓 바디(100)의 상면으로부터 단차부(400)가 함몰된 깊이(h1-h2) 보다 얇을 수 있다. 이러한 경우, 제2 부품(30)은 가스켓(10)의 내측으로 완전히 삽입될 수 있다. 구체적으로, 제2 부품(30)의 상면은, 가스켓 바디(100)의 상면보다 하측에 위치할 수 있다.
이에 따라, 가스켓 바디(100)의 상면에, 제1 부품(20)이 안정적으로 적층될 수 있다. 그리고, 제2 부품(30)의 일부가 가스켓(10)의 외측으로 돌출되는 경우보다, 단위 셀의 두께가 얇아질 수 있다.
다른 실시예로, 단차부(400)와 제2 부품(30)의 사이에, 고정부재(40)가 더 배치될 수 있다. 구체적으로, 단차부(400)의 상면에 고정부재(40)가 적층되고, 고정부재(40)의 상면에 제2 부품(30)이 안착될 수 있다.
이러한 경우, 고정부재(40)는 단차부(400)와 제2 부품(30)을 결합된 상태로 고정할 수 있다. 고정부재(40)는 예를 들어, 균일한 두께로 도포된 접착제일 수 있다.
고정부재(40)의 두께(h4)는 매우 얇을 수 있다. 일 실시예로, 고정부재(40)의 두께(h4)와 제2 부품(30)의 두께(h3)의 합은, 단차부(400)가 함몰된 깊이(h1-h2)보다 작거나 같을 수 있다.
이러한 경우, 제2 부품(30)은 가스켓(10)의 내측으로 완전이 삽입된 상태로 고정될 수 있다. 구체적으로, 제2 부품(30)의 상면은, 가스켓 바디(100)의 상면과 높이가 동일하거나, 더 낮을 수 있다.
이에 따라, 가스켓 바디(100)의 상면에, 제1 부품(20)이 안정적으로 적층될 수 있다. 그리고, 고정부재(40)를 더 배치하여 가스켓(10)과 제2 부품(30)을 안정적으로 고정하면서, 단위 셀의 두께를 얇게 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스켓 제조방법은, 단차부(400)를 용이하게 형성하는 방법을 제공함으로써, 초박막 두께의 가스켓(10)을 제조할 수 있다. 이에 따라, 단위 셀을 보다 얇은 두께로 제조할 수 있도록 함으로써, 연료전지의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 가스켓
20: 제1 부품
30: 제2 부품
M1: 제1 금형
M2: 제2 금형
C1: 가압부
C2: 가압보조부

Claims (8)

  1. 가스켓 제조용 금형 내부에 충진재를 주입하여 가스켓 바디를 형성하는 단계;
    가압부가 형성된 상기 가스켓 바디의 가압대상부를 가압하여 단차부를 형성하는 단계; 및
    상기 가스켓 제조용 금형 내부에 상기 충진재를 주입하는 압력을 조절하여 상기 가스켓 바디를 보압(Hold pressure)하는 단계;를 포함하고,
    상기 가스켓 바디를 보압하는 단계는, 상기 단차부를 형성하는 단계가 시작된 이후 미리 설정된 시간이 경과된 시점에 수행되되, 상기 미리 설정된 시점이 경과 시부터 상기 단차부를 형성하는 단계와 동시에 수행되어, 상기 단차부를 형성하는 단계가 종료될 때까지 수행되고,
    상기 단차부를 형성하는 단계는, 상기 가스켓 바디를 보압하는 단계와 동시에, 또는 상기 가스켓 바디를 보압하는 단계보다 늦게 종료되는, 가스켓 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단차부를 형성하는 단계는, 상기 가스켓 바디를 형성하는 단계에서 상기 가스켓 제조용 금형 내부에 상기 충진재의 주입이 종료된 이후 수행되는, 가스켓 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압부는, 상기 가스켓 제조용 금형에 선형이동 가능하게 배치되는, 가스켓 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스켓 바디를 형성하는 단계에서, 상기 가압부는 상기 가스켓 바디의 상면과 접촉한 상태로 배치되고, 이후 상기 단차부를 형성하는 단계에서, 상기 가압부는 상기 가스켓 바디의 내측을 향해서 이동하여 상기 가압대상부를 가압하는, 가스켓 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스켓 제조용 금형에는 상기 가압부와 마주보는 가압보조부가 더 배치되고,
    상기 가스켓 바디를 형성하는 단계에서, 상기 가압부가 상기 가압대상부를 가압하는 경우, 상기 가압보조부는 상기 가압부의 가압 방향을 따라 상기 가압부와 함께 선형 이동하는, 가스켓 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가압보조부는, 상기 가압부가 상기 단차부를 형성하기 위해 상기 가스켓 바디를 가압하는 동안 상기 가압부와 접촉한 상태를 유지하여, 상기 단차부의 형상을 결정하는, 가스켓 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020210112529A 2021-08-25 2021-08-25 가스켓 제조방법 KR102503242B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210112529A KR102503242B1 (ko) 2021-08-25 2021-08-25 가스켓 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210112529A KR102503242B1 (ko) 2021-08-25 2021-08-25 가스켓 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102503242B1 true KR102503242B1 (ko) 2023-02-24

Family

ID=85330340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210112529A KR102503242B1 (ko) 2021-08-25 2021-08-25 가스켓 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102503242B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0939047A (ja) * 1995-08-02 1997-02-10 Japan Steel Works Ltd:The 射出成形用金型、射出成形装置、および射出成形方法
JPH10278077A (ja) * 1997-04-01 1998-10-20 Ricoh Co Ltd 射出成形品及びその成形方法
JP2001315176A (ja) * 2000-05-12 2001-11-13 Koito Mfg Co Ltd レンズの成形方法および装置
JP2002235835A (ja) * 2001-02-13 2002-08-23 Polyplastics Co 局部加圧成形方法及び樹脂成形歯車
JP2006264192A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Canon Inc プラスチック光学素子及びその成形方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0939047A (ja) * 1995-08-02 1997-02-10 Japan Steel Works Ltd:The 射出成形用金型、射出成形装置、および射出成形方法
JPH10278077A (ja) * 1997-04-01 1998-10-20 Ricoh Co Ltd 射出成形品及びその成形方法
JP2001315176A (ja) * 2000-05-12 2001-11-13 Koito Mfg Co Ltd レンズの成形方法および装置
JP2002235835A (ja) * 2001-02-13 2002-08-23 Polyplastics Co 局部加圧成形方法及び樹脂成形歯車
JP2006264192A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Canon Inc プラスチック光学素子及びその成形方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101669154B1 (ko) 시일부품의 제조방법 및 금형
JP5011729B2 (ja) 燃料電池構成部品、燃料電池構成部品の製造方法
JP4471046B2 (ja) 燃料電池用ガスケットおよびその成形方法
US20150295210A1 (en) Base material integrated type seal and metal mold for manufacturing the same
US20210126267A1 (en) Method for producing a sealing element on a gas diffusion layer of an electrochemical unit and assembly of a gas diffusion layer and a sealing element
JP4457153B2 (ja) 燃料電池セパレータおよび燃料電池セパレータの樹脂成形方法
JP2004202806A (ja) 射出成形方法およびその装置
JP2001198921A (ja) 燃料電池セパレータ製造用金型
KR102503242B1 (ko) 가스켓 제조방법
JP3561266B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法および成形金型
JP4398763B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
JP5115683B2 (ja) 燃料電池およびその製造方法
JP5224035B2 (ja) シール構造体の製造方法
US20060054269A1 (en) Method of manufacturing separator for fuel cell, and method of connecting the separator to electrode diffusion layer
EP2686902B1 (en) Fuel cell plate bonding method and arrangement
KR102535496B1 (ko) 연료전지 분리판 조립체 제조방법
JP2011090802A (ja) 燃料電池用シール構造体及びその製造方法
JP5911787B2 (ja) 燃料電池用組立体及びその製造方法
JP2008078049A (ja) 燃料電池用金属セパレータの製造方法、製造装置、および燃料電池用金属セパレータ用の重ね合わせ板材
JP2005276482A (ja) 燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタック
JP6442393B2 (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
JP6329799B2 (ja) 積層体の製造方法
JP2010123380A (ja) 燃料電池の製造方法および燃料電池の製造装置
JP2023135354A (ja) インサート成形用金型
JP2015207501A (ja) 燃料電池、燃料電池の製造方法、及び燃料電池の製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant