KR20110045769A - 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법 - Google Patents

연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법 Download PDF

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Abstract

종래에 분리판 상에 직접 사출하여 형성하는 방식에서 탈피하여 별도의 고상가스켓을 마련한 후 분리판에 정교하게 부착할 수 있는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 고상가스켓을 마련하는 단계; 상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태에서 흡입력으로 흡착지그에 고정시키는 단계; 상기 고상가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하는 단계; 및 상기 고상가스켓과 상기 분리판을 정렬시킨 후 상기 고상가스켓을 상기 분리판에 접착하는 단계;를 포함하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법을 제공한다.
연료전지, 고상가스켓, 흡착지그

Description

연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법{SOLID GASKET FABRICATION METHOD FOR FUEL CELL SEPARATOR}
본 발명은 연료전지용 분리판의 가스켓 형성방법에 관한 것으로, 종래에 분리판 상에 직접 사출하여 형성하는 방식에서 탈피하여 별도의 고상가스켓을 마련한 후 분리판에 정교하게 부착할 수 있는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(fuel cell)는 연료로부터 추출된 수소와 공기 중의 산소의 화학 반응 에너지를 전기에너지로 변환시켜 청정하게 전력을 분산 생성하는 장치로서, 배터리(Battery)와 다른점은 재충전이 필요하지 않고 연료가 공급되는 한 지속적으로 전기를 생산할 수 있는 발전 장치이다.
따라서, 연료전지는 친환경적인 동력원으로서 모든 산업계에서 현재의 내연기관을 대체할 차세대 동력원으로 주목받고 있다.
그 중에서 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 양이온 교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료 전지이며, 고체 고분자전해질 연료전지(SPEFC, Solid Polymer Electrolyte Fuel Cells), 양이온 교환막 연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cells) 등의 다양한 이름으로 불리고 있다.
고분자전해질 연료전지는 다른 형태의 연료전지에 비하여 작동온도가 80℃ 정도로 낮고, 효율이 높으며, 전류밀도 및 출력밀도가 크고, 시동 시간이 짧은 동시에 부하변화에 따른 응답이 빠른 특성이 있다. 특히, 전해질로 고분자막을 사용하기 때문에 부식 및 전해질 조절이 필요 없고 반응기체의 압력 변화에도 덜 민감하다. 또한, 디자인이 간단하고 제작이 쉬우며 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점이 있기 때문에 고분자전해질 연료전지는 무공해 차량의 동력원, 현지 설치형 발전, 이동용 전원, 군사용 전원 등 매우 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 따라서 현재 전세계적인 자동차 업계의 활발한 연구가 진행중이다.
이러한 고분자전해질 연료전지의 전력 발생원리를 설명하면 다음과 같다. 수소가 음극(anode)측으로 흐르면 촉매층에서 수소가 전자와 수소이온(Proton)으로 분해되고, 수소이온이 막-전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)중심에 위치한 고분자전해질막(Polymer Electrolyte Membrane)을 통하여 이동되면 역시 촉매의 도움으로 양극(cathode)에서 전자와 산소 그리고 이동된 수소이온이 반응하여 물을 생성한다.
여기서 음극에서 생성된 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 외부회로를 통하여 양극으로 이동되며, 이러한 과정을 거치면서 전기와 물을 생성하게 된 다. 한편, 고분자전해질막 연료전지를 구성하는 구성요소로는 외부에서 공급된 연료가스(수소,산소)가 전극으로 효과적으로 도입되도록 유로를 형성하고 있으며, 발생된 전자를 외부 전기회로로 이동시키는 역할을 하는 분리판(separator)과, 도입된 연료가스를 전극막으로 균일하게 분산되도록 하며, 전기화학반응으로 생성된 생성수를 효과적으로 배출하도록 하는 역할을 하는 기체확산막(Gas Diffusion Media)과, 연료가스의 전기화학반응을 일으키게 하는 촉매층을 담지하고 있는 전극(Electrode)과, 수소이온의 이동매체가 되며, 연료가스가 크로스-오버(cross-over) 되는 것을 방지하며, 전기적으로 숏 서킷(short circuit)이 발생되는 것을 방지하는 전해질막(Membrane)과, 연료전지 셀(Cell)을 외부로부터 보호하며, 셀 내부의 연료가스 및 기타 유해물질이 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 하는 가스켓 등으로 구성된다.
본 발명은 특히 분리판에 가스켓을 형성하는 방법에 관한 것이다.
종래에는 분리판을 제조한 후, 분리판의 표면에 금형을 결합하고 수지를 주입하여 분리판의 표면에 가스켓을 사출하는 방법으로 가스켓을 형성하고 있었다.
그런데, 이러한 종래의 방법은 분리판의 표면에 직접 사출성형하기 때문에 분리판에 사출압력이 가해져 분리판에 변형이 발생하는 문제가 있으며,
가스켓에 버(bur)가 발생하는 경우 분리판까지 함께 불량품으로 폐기되어 자원낭비의 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고상가스켓을 분리판과 별도로 마련한 후 부착하는 방법을 제공하여 분리판에 사출압력이 가해지지 않으며 가스켓의 불량이 분리판의 폐기로 이어지지 않는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은 고상가스켓을 분리판에 부착할 수 있는 다양한 방법을 제공하여 제품생산을 실효성을 높이고 제조비용을 감소시킬 수 있는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고상가스켓을 마련하는 단계; 상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태로 흡착지그에 흡착력으로 고정시키는 단계; 상기 고상가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하는 단계; 및 상기 고상가스켓과 상기 분리판을 정렬시킨 후 상기 고상가스켓을 상기 분리판에 접착하는 단계;를 포함하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 접착면에 접착제층과 이형지를 구비하는 고상가스켓을 마련하는 단계; 상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태로 흡착지그에 흡착력으로 고정시키고 이형지를 분리하는 단계; 및 고상가스켓과 분리판을 정렬하고 고상가스켓을 상기 분리판에 접착시키는 단계;를 포함하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고상가스켓을 마련하고, 상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태에서 접착면이 카세트의 작업면을 향하도록 카세트에 복수의 층으로 장착하는 단계; 고상가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하는 단계; 및 고상가스켓과 분리판을 정렬하고 고상가스켓을 분리판에 접착하는 단계;를 포함하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법을 제공한다.
본 발명은 고상가스켓을 별도로 제조하여 가스켓만을 가지고 품질검사를 수행하고 선별함으로써 가스켓의 불량으로 인하여 분리판까지 폐기되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 분리판에 사출성형하는 경우 발생하는 분리판의 변형을 방지할 수 있는 효과도 가져온다.
그리고, 본 발명은 별도로 고상가스켓을 제조하여 카세트 형식으로 고상가스켓을 공급합으로써 생산성을 향상시키고 작업성을 향상시키는 효과를 가져온다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 연료전지용 분리판의 고상 가스켓 형성방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법의 공정순서를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법은 크게 다음과 같은 4가지의 단계를 거치게 된다.
구체적으로 고상가스켓을 마련하는 단계(S-10), 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태로 흡착지그에 고정시키는 단계(S-11), 고상가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하는 단계(S-12), 고상가스켓과 분리판을 정렬시킨 후 고상 가스켓을 분리판에 접착하는 단계(S-13)를 통해 연료전지용 분리판에 고상가스켓이 형성된다.
먼저 고상가스켓 마련 단계(S-10)는 고상가스켓을 별도로 제조하여 준비하는 것이다. 종래에는 준비된 분리판에 금형을 밀착시키고 수지를 주입하여 분리판 표면에 가스켓을 직접 사출성형하는 방식을 사용하였으나, 본원발명은 별도로 고상가스켓을 제조하는 것을 특징으로 한다.
종래의 직접사출방식은 가스켓에 불량이 발생하는 경우 분리판까지 사용할 수 없게 되어, 자원낭비의 문제가 있었다. 가스켓에 버가 발생하는 경우 그것을 일일일이 수작업으로 검사하고 제거해야 하는데, 가스켓은 분리판에 부착된 상태로 완성되기 때문에 검사가 용이하지 않아 작업성이 매우 떨어지는 단점을 가지고 있었다.
또한, 사출시에 발생하는 압력으로 인하여 분리판에 변형이 발생할 우려도 있었다. 분리판은 점차 박형화되는 추세인데 가스켓 사출시의 압력에 의하여 분리판에 변형이 발생하지 않아야하므로, 분리판의 강도 유지를 유한 소정의 두께를 요구하게 된다. 이는 분리판 박형화의 장애요소의 하나가 되고 있다.
본원발명은 이러한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 고상가스켓을 별도로 제조하여, 고상가스켓이 결합되지 않은 상태에서 고상가스켓의 품질검사 및 버 제거작업 등을 진행할 수 있어 작업성이 향상된다. 또한 고상가스켓에서 불량이 발생하는 경우 분리판에 영향을 주지 않으므로 자원의 낭비를 막을 수 있다.
고상가스켓의 재질은 합성수지, 천연 또는 합성고무 등을 사용할 수 있다.
합성수지로는 올리핀계 수지(PMMA) 등이 사용될 수 있으며, 합성고무로 사용되는 원료는, 아크릴로니트릴과 부타디엔과의 공중합으로 만들어져 내유성(耐油性), 내마모성이 강한 니트릴부타디엔고무(Nitrile Butadiene Rubber), 에틸렌-프로필 계 이중화합 단량체인 에틸렌프로필렌고무(Ethylene Propylene Diene Monorer), 내열성과 내약품성이 우수한 불소화고무(fluoroelastomer rubber), 단량체 아크릴 에스테르와 반응성 가교점 단량체로 이루어진 아크릴고무(Acrylic Elastomers), 규소와 산소가 결합된 실리콘 고무(silicone rubber-VMQ), 불소-실리콘 고무인 플루오로실리콘고무(fluorosilicone rubber-FVMQ), 스티렌과 부타디엔을 공중합 하여 만든 스티렌부타디엔고무(Styrene Butadiene Rubber), 부타디엔고무(Butadiene Rubber), 접착력이 강한 클로로프렌고무(Chloroprene Rubber)의 폴리머들 중에서 선택될 수 있다. 이들 폴리머들은 단독으로 사용될 수 있으며, 또한 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 합성고무 또는 합성고무들 간의 혼합물은 각종 배합제와 컴파운딩(Compounding)된다.
상기 합성고무들은 유체 및 가스의 실링(sealing) 작용이 우수하고, 특히 산소, 수소, 물, 메탄올 등의 특수유체 및 가스에 대한 실링 작용이 안정적이다. 또한, 상기 합성고무들은 상기 특수유체 및 가스의 환경상에서 이온 용출이 발생하지 않아, 연료전지 발전시스템의 성능을 저하시키지 않는다.
고체상태의 합성고무 원료는, 압축 성형기에 한 쌍의 금형을 장치하고 그 사이에 재료를 넣어 압력과 열을 가함으로써 성형하는 프레스(press) 성형법을 이용하여 고상가스켓으로 성형 될 수 있다. 이와 같이, 프레스를 이용한 압축 성형방법은 고상가스켓을 용이하게 대량생산할 수 있고, 제조비용이 절감되는 장점이 있다.
또한, 고체상태의 합성고무 원료는 일정 형상으로 짜진 형틀에 원료를 가열 용융시켜 주입하고 냉각을 거친 후 형틀을 분리하는 방법인 사출성형(injection molding)을 이용하여 고상가스켓으로 성형될 수 있다. 따라서, 이 경우에, 고상가스켓은 원하는 형상으로 다양하게 제작되고, 대량 생산에 적용되기에 가장 적절해진다.
그리고, 고체상태의 합성고무 원료는 트랜스퍼 성형법을 이용하여 고상가스켓(20)으로 성형될 수 있다. 상기 트랜스퍼 성형법은 합성고무 원료를 폐쇄된 가열금형 속에 압입한 뒤 이송시키는 과정에서 가소성을 띤 원료를 경화상태 로 변화시킨다. 상기 트랜스퍼 성형법은 복잡한 형상에 적합하고, 제품의 각부가 균질하게 되어 치수가 정밀한 제품이 얻어진다.
한편, 액체상태의 합성고무 원료는 두 가지 이상의 성분이 다른 액체 수지를 그 비율을 정하여 혼합시켜 생긴 혼합물을 압력하에 닫힌 금형 속에 직접 사출하는 일괄 방식의 성형법인 액상 사출성형(liquid injection molding) 공정을 거쳐 고상가스켓으로 형성될 수 있다. 상기 액상 사출성형 공정으로 만들어진 고상가스켓은 생산성이 향상되고 비용이 절감되는 장점을 지닌다.
고상가스켓을 별도로 형성하는 경우 상기와 같은 장점들이 존재하지만, 가스켓은 분리판의 표면의 정확한 위치에 정교하게 부착되어야 한다. 그런데 가스켓의 탄성을 가느다란 띠 형상을 가지고 있어서, 고상가스켓을 별도로 형성하는 경우 정확한 형상을 유지시킨 채 분리판의 정확한 위치에 부착하는 데 어려움이 있었다.
본원발명은 이를 해결하기 위하여 별도의 흡착지그를 마련하여 고상가스켓을 형상을 유지시킨 상태로 고정하는 것을 특징으로 한다. 흡착지그는 복수의 에어홀을 구비하며, 에어홀은 진공장치에 연결된다. 고상가스켓을 분리판에 배치될 형상을 유지시킨 상태에서 흡착지그에 고정한 후, 그 상태로 분리판에 접착시키는 것이다.
도 2는 본 발명의 흡착지그의 제1실시예를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 흡착지그의 제2실시예를 나타낸 사시도이다.
제1실시예는 다양한 형상의 고상가스켓(25)에 사용될 수 있도록 흡착지그(20)가 평면형상을 가지며 표면에 복수개의 에어홀(22)이 형성된 형태를 나타낸 것이다. 에어홀(22)은 공압장치(미도시)에 연결되어 흡입력으로 고상가스켓(25)을 고정한다. 흡입력을 제거하면 고상가스켓(25)은 자유로운 상태가 되며, 반대로 에어홀(22)으로 양압력을 부여하여(공기를 불어넣어) 고상가스켓(25)을 밀어낼 수도 있다. 공압장치는 흡입력을 발생시키거나 해제할 수 있으며, 경우에 따라서 양압력을 발생시킬 수도 있다.
제2실시예는 흡착지그(30)에 고상가스켓(도 2의 25)의 형상에 대응하는 가스켓홈(35)을 구비하고, 가스켓홈(35)에 에어홀(32)을 구비하는 형태를 나타낸 것이다. 가스켓홈(35)을 구비하는 경우 고상가스켓(25)의 형상을 보다 정확하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같은 흡착지그(20 또는 30)에 고상가스켓을 고정한 후(S-11), 가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포한다.(S-12) 여기서 가스켓의 접착면과 분리판의 접착부는 가스켓과 분리판이 접착되는 계면을 의미한다. 또한 여기서 접착제라 함은 점착제와 접착제를 포함하는 의미로 사용한다. 접착제와 점착제를 엄밀하게 구분하기도 하지만, 본원발명의 경우 고상가스켓을 분리판 표면에 형상을 유지한 상태로 고정시킬 수 있는 것이면 족하므로 접착과 점착의 개념을 구분하지 않고 접착제로 통칭한다.
접착제의 도포는 가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 이루어질 수 있다.
분리판의 표면에 접착제를 도포하는 경우에는 가스켓이 접착되는 접착부에만 접착제를 도포해야한다. 접착부는 분리판의 표면 중 일부분인데 이렇게 특정한 면적에만 접착제를 도포하는 방법으로는 실크스크린 방법, 토출방법 또는 잉크젯 방법을 사용할 수 있고, 접착제 분사노즐을 분리판의 접착부 형상에 대응하도록 형성한 후 그 부분에만 분사할 수도 있으나, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다. 여기서 잉크젯 방법이란 잉크젯 프린터와 같이 노즐이 특정위치에서만 액을 분사하는 방식으로 접착제를 도포하는 것을 말한다. 토출방법은 접착제를 일정하게 배출하는 디스펜서를 이동시키며 필요한 부분에 접착제를 도포하는 방법으로 토출방법은 도 14를 참조하여 후술한다.
가스켓의 접착면은 가스켓의 바닥면 전체가 되므로, 도장을 찍듯 바닥면에 접착제를 도포하는 스탬핑 방법, 롤러를 문질러 접착제를 도포하는 방법을 사용할 수 있다.
도 4는 스탬핑 방법을 이용한 접착제 도포 방법을 나타낸 개념도이고, 도 5는 롤러를 이용한 접착제 도포 방법을 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하면, 스탬핑 방법은 흡착지그(30)에 고상가스켓(25)을 고정한 상태에서, 흡착지그(30)를 하강하여 고상가스켓(25)의 접착면(25a)이 접착제스탬프(40)에 접촉하도록 하는 방식으로 접착면(25a)에 접착제를 도포하는 것이다. 접착제스탬프(40)는 도장의 스탬프처럼 접착제를 함유하고 있는 합성섬유일 수도 있으며, 액상의 점착제가 담겨진 용기일 수도 있다.
도 5를 참조하면, 롤러를 이용한 접착제 도포 방법은 흡착지그(20)에 고상가스켓(25)을 고정한 상태에서, 표면에 접착제가 묻어있는 접착제롤러(50)로 고상가스켓(25)의 접착면(25a)에 접착제를 도포하는 것이다.
도 4의 경우 흡착지그의 제2실시예를 기준으로 도시하였고, 도 5의 경우 흡착지그의 제1실시예를 기준으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것이 아니고 흡착지그의 제1실시예의 경우에도 스탬핑 방법으로 접착제를 도포할 수도 있고, 흡착지그의 제2실시예의 경우에도 롤러를 이용한 방법으로 접착제를 도포할 수도 있다.
다시 도 4를 참조하면, 흡착지그에 가스켓홈을 구비하고 가스켓홈에 고상가스켓을 고정한 후 상기와 같은 접착제 도포방법을 수행하기 위해서는 가스켓홈이 고상가스켓 두께의 10~90%를 수용하여 접착면(25a)이 흡착지그(30)의 표면보다 돌출되도록 하는 것이 바람직하다.
고상가스켓의 수용두께가 10%미만인 경우 스탬핑시(또는 접착제롤러의 밀착시)의 압력으로 고상가스켓의 고정위치가 변경되거나 틀어질 수 있고, 수용두께가 90%를 초과하는 경우 스탬핑시의 압력으로 고상가스켓이 수축하여 흡착지그의 표면에 접착제가 묻을 수 있다.
고상가스켓 또는 분리판에 접착제를 도포(S-13)한 후, 고상가스켓을 고정하고 있는 흡착지그를 이동시켜 고상가스켓과 분리판을 정렬하고, 고상가스켓의 접착면과 분리판의 접착부를 접착시킨다(S-14).
이 때, 흡착지그에 얼라인핀(align pin)을 구비하고 분리판에 얼라인홀(align hoe)을 구비하여, 상기 얼라인핀과 얼라인홀을 정렬하는 방식으로 고상가스켓과 분리판을 정렬할 수 있다. 물리적으로 접촉하는 얼라인핀과 얼라인홀을 이용하는 방식 이외에 레이저를 이용하여 흡착지그와 분리판을 비접촉 방식으로 정렬 할 수 도 있다.
고상가스켓의 접착면을 분리판의 접착부에 접착시키는 방법으로는 크게 세가지가 있다.
첫째는, 흡착지그에 고상가스켓을 흡입력으로 고정한 상태에서, 고상가스켓의 접착면과 분리판의 접착부를 밀착시키고 압력을 가한 후, 흡입력을 제거하고 흡착지그를 분리하는 방식이다.
둘째는, 흡착지그에 고상가스켓을 흡입력으로 고정한 상태에서, 흡착지그를 이동하여 고상가스켓의 접착면과 흡착지그의 접착면을 근접하게 시킨 후, 흡착지그의 흡입력을 제거하여 고상가스켓이 자유낙하에 의하여 분리판의 표면에 부착되도록 하는 방식이다.
셋째는, 흡착지그에 고상가스켓을 흡입력으로 고정한 상태에서, 흡착지그를 이동하여 고상가스켓의 접착면과 흡착지그의 접착면을 근접하게 시킨 후, 흡착지그의 흡입력을 제거하고 양압력을 부여하여 고상가스켓을 양압력으로 분리판측으로 밀어내어 부착되도록 하는 방식이다.
둘째와, 셋째 방식과 같이 고상가스켓을 자유낙하시키거나 양압력으로 밀어내어 부착하는 경우 도 6에 도시된 바와 같이, 흡착지그(60)의 가스켓홈(62)의 깊이를 고상가스켓(25)의 두께보다 깊게 형성하고, 흡착지그(60)의 표면을 분리판(68)의 표면에 밀착 또는 근접시킨 후 고상가스켓(25)이 낙하하도록 하여, 가스켓홈(62)이 분리판(68)으로 이동하는 고상가스켓(25)의 위치를 안내하도록 하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방 법의 공정순서를 나타낸 것이다.
제2실시예는 스티커 타입의 고상가스켓을 사용하는 것으로, 접착면에 접착제층과 이형지가 부착된 상태의 고상가스켓을 마련하는 것을 특징으로 한다.
이러한 스티커 타입의 고상가스켓을 사용한 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법은 다음과 같은 3 단계의 공정으로 이루어진다.
구체적으로 접착면에 접착제층과 이형지를 구비하는 고상가스켓을 마련하는 단계(S-70), 상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태로 흡착지그에 흡입력으로 고정시키고 이형지를 분리하는 단계(S-71), 고상가스켓과 분리판을 정렬하고 고상가스켓을 분리판에 접착시키는 단계(S-72)이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 사용되는 고상가스켓의 구조를 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 고상가스켓(80)의 접착면(80a)에는 접착제층(82)이 형성되며, 접착제층(82)의 표면에는 접착제층(82)을 보호하기 위한 이형지(84)가 부착되어 있다.
이때, 이형지(84)는 접착제층(82)의 면적보다 크게 형성하여 이형지(84)의 분리가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이하 이형지의 분리방법에 관하여 살펴본다.
도 9는 흡착지그에 고상가스켓을 고정함과 동시에 이형지를 제거하는 방법을 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 흡착지그(90)에 고상가스켓(80)의 두께보다 깊은 가스켓홈(92)을 형성하여, 도면의 좌측에 도시된 바와 같이, 흡착지그(90)를 고상가스켓(80)의 위쪽에 위치시켜 이형지(84)가 흡착지그(90) 표면에 닿도록 하강한 후, 흡착지그(90)에 흡입력을 제공하여 고상가스켓(80)을 가스켓홈(92) 위쪽으로 끌어올려 오른쪽에 도시된 바와 같이 이형지(84)를 분리하는 것이다.
이렇게 이형지(84)를 분리한 이후에는 앞서 설명한 흡착지그에 고상가스켓을 흡입력으로 고정한 상태에서, 흡착지그를 이동하여 고상가스켓의 접착면과 흡착지그의 접착면을 근접하게 시킨 후, 흡착지그의 흡입력을 제거하여 고상가스켓이 자유낙하에 의하여 분리판의 표면에 부착되도록 하는 방법이나,
흡착지그에 고상가스켓을 흡입력으로 고정한 상태에서, 흡착지그를 이동하여 고상가스켓의 접착면과 흡착지그의 접착면을 근접하게 시킨 후, 흡착지그의 흡입력을 제거하고 양압력을 부여하여 고상가스켓을 양압력으로 분리판측으로 밀어내어 부착되도록 하는 방법을 사용하여 흡착지그에 고상가스켓을 부착할 수 있다.
이때, 가스켓홈(92)의 깊이는 고상가스켓(80)의 두께의 120~150% 범위인 것이 바람직하다. 가스켓홈(92)의 깊이가 고상가스켓(80) 두께의 120% 미만인 경우 이형지의 분리가 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 가스켓홈(92)의 깊이가 고상가스켓(80) 두께의 150%를 초과하는 경우 고상가스켓(80)의 부착시에 고상가스켓(80)이 이동하면서 고상가스켓(80)의 형상이 변형될 우려가 있다.
도 10은 별도의 이형지제거롤러를 이용하는 이형지 제거방법을 나타낸 것이다.
도시된 실시예는 흡착지그(20)가 평면형상을 가지는 형태이며, 이형지(84)가 고상가스켓(80)의 전체면을 덮는 직사각형 형태를 가지고 있다.
이형지(84)가 고상가스켓 전체면을 덮는 형태를 가지는 경우 이형지(84)가 고상가스켓(80)의 형태를 유지해주는 역할을 수행한다.
이형지(84)가 부착된 고상가스켓(80)을 흡입력으로 흡착지그(20)에 고정한 후, 별도의 이형지제거롤러(100)를 사용하여 이형지(84)를 감아 제거하는 방식이다.
이형지제거롤러(100)는 흡착지그와 마찬가지로 표면에 복수의 에어홀(102)을 구비하여 흡입력으로 이형지(84)를 부착하고, 이형지(84)를 감아내는 방식으로 제거한다.
이렇게 이형지(84)를 제거한 후에는, 제1실시예에서 설명한 부착방법들을 이용하여 고상가스켓을 분리판에 부착할 수 있다.
도 11은 로봇팔을 이용한 이형지 제거방법을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 이형지(84)의 일측을 로봇팔(또는 클램프)로 잡아 고정한 후, 손으로 이형지를 벗겨내듯, 로봇팔을 이동시켜 이형지를 분리/제거하는 것이다.
이형지(84)가 부착된 고상가스켓(80)을 흡입력으로 흡착지그(20)에 고정한 후, 별도의 로봇팔(105)를 사용하여 이형지(84)를 고정한 후 떼어내는 방식이다. 고상가스켓(80)은 흡입력으로 고정되어 있는 상태에서, 고상가스켓(80) 바깥쪽으로 노출되어 있는 부분의 이형지를 로봇팔로 잡아 손으로 떼어내듯 이형지를 들어올려 제거한다.
도 12는 레일을 따라 이동하는 집게에 의한 이형지 제거방법을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 이형지(84)의 양측을 집게(107)로 잡아 고정한 후, 집게(107)를 레일을 따라 이동시킴으로써 이형지(84)를 분리하는 것이다. 이동된 집게(107)는 별도의 장소에서 이형지(84)를 내려놓은 후, 다시 원위치로 이동하여 다음 이형지(84)를 제거하는 방식으로 동작하게 된다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법의 공정순서를 나타낸 것이다.
본 실시예는 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태에서 접착면이 카세트의 작업면을 향하도록 복수의 층으로 정렬-수용하고 있는 카세트를 사용하는 것을 특징으로 한다. 여기서 카세트의 작업면이란 분리판의 표면에 마주하게 되는 면을 의미한다.
본 실시예에 따른 고상가스켓 형성방법은, 고상가스켓을 마련하고, 상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태에서 접착면이 카세트의 작업면을 향하도록 카세 트에 복수의 층으로 장착하는 단계(S-110)와, 고상가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하는 단계(S-111)와, 고상가스켓과 분리판을 정렬하고 고상가스켓을 분리판에 접착하는 단계(S-112)를 포함한다.
접착제를 도포하는 단계(S-111)는 제1실시예와 마찬가지로, 스탱핑 방법, 롤러를 이용하는 방법, 실크 스크린 방법 등이 사용될 수 있다. 상기와 같은 방법들에 관한 중복 설명은 생략한다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 고상가스켓 형성방법에 사용되는 카세트의 구조를 나타낸 것이다.
도 14는 상부에 분리판이 위치하여 카세트가 분리판의 하부에서 고상가스켓을 부착하는 방식에서 사용될 수 있는 형태이고, 도 14는 하부에 분리판이 위치하여 카세트가 분리판의 상부에서 고상가스켓을 부착하는 방식에서 사용될 수 있는 형태이다.
도 14를 참조하면, 카세트(120)에는 복수개의 고상가스켓(25)이 형태를 유지한 상태로 수용될 수 있는 장착홈(122)이 형성되어 있고, 장착홈(122)의 바닥면에는 고상가스켓(25)을 밀어 올리는 밀편(125)이 구비된다.
도면의 좌측은 분리판(68)이 카세트(120)에 정렬된 상태를 나타낸 것이고, 도면의 중앙은 분리판(68)이 하강하여 카세트(120) 작업면(120a)위로 돌출된 고상가스켓(25)에 밀착된 상태를 나타낸 것이고, 도면의 우측은 고상가스켓(25)이 부착된 분리판(68)이 이송되고, 밀편(125)이 고상가스켓 1장의 두께만큼 상승하여 다음 고상가스켓(25-1)이 작업면(120a)위로 상승한 상태를 나타낸 것이다. 도 12는 접착제가 분리판 또는 가스켓(25)에 도포될 수 있는 것으로 도면에서는 도포된 접착제를 표시하지 않았다.
카세트(120)의 장착홈(122)은 고상가스켓(25)의 형태로 형성되며, 복수개의 고상가스켓(25)을 수용할 수 있는 깊이를 가지고 있다. 도 12의 경우 카세트(120)의 상부면(120a)이 작업면이되므로, 고상가스켓(25)은 접착면(25a)이 위쪽을 향하도록 수용된다.
밀편(125)은 최상층의 고상가스켓(25)이 카세트(120)의 작업면(120a)위로 돌출된 상태를 유지하게 하는 역할을 수행한다.
최상층의 고상가스켓(25)의 접착면(25a)에 접착제를 도포하고(또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하고), 고상가스켓(25)을 분리판(68)에 밀착시켜 고상가스켓(25)을 분리판(68)에 결합시킨다. 그리고, 고상가스켓(25)이 결합된 분리판(68)을 이동시킨 후, 밀편(125)이 고상가스켓(25) 한장의 두께 만큼 상승하여 다음 고상가스켓(25-1)의 접착면이 카세트(120)의 작업면(120a)위로 돌출되도록 한다.
도 15를 참조하면, 카세트(130)의 작업면(130a)이 아래쪽을 향하고 있다. 따라서, 장착홈(132)에 수용되는 고상가스켓(25)을 고정할 수 있는 별도의 고정력을 제공해야 한다. 도시된 실시예는 장착홈(132)의 측벽에 복수개의 에어홀(133)을 구비하여 에어홀(133)에 흡입력(음압)을 제공하여 고상가스켓(25)을 장착홈(132)에 고정한다.
도 15의 카세트를 사용하여 고상가스켓(25)을 분리판(68)에 부착하는 경우, 접착제의 도포는 분리판(68)에 이루어져야 한다. 분리판(68)에 접착제를 도포하는 방법은 앞서 설명한 실크스크린 방법, 토출 방법 또는 잉크젯 방법을 사용할 수 있다.
도면의 좌측은 접착제(69)가 도포된 분리판(68)이 카세트(130)에 정렬된 상태를 나타낸 것이고, 도면의 중앙은 에어홀(133)의 흡입력을 해제하여 고상가스켓들이 자중에 의하여 하강하며 최하층 고상가스켓(25)이 분리판(68)에 부착된 상태를 나타낸 것이고, 도면의 우측은 고상가스켓(25)이 부착된 분리판(68)을 이송하며 에어홀(133)에 다시 흡입력을 제공하여 나머지 고상가스켓(25)들이 하강한 상태로 고정되어 있는 상태를 나타낸 것이다.
접착제(69)가 도포된 분리판(68)이 카세트에 정렬되면, 에어홀(133)의 흡입력을 해제한다. 흡입력이 해제되면 복수층의 고상가스켓은 자중에 의하여 낙하하게 되고, 최하층의 고상가스켓(25)이 분리판(68)에 부착된다. 고상가스켓(25)의 부착이 완료되면 다시 에어홀(133)에 흡입력을 제공하여 하강한 고상가스켓들을 그 위치에 고정한다. 다음으로 다시 접착제가 도포된 분리판(68)이 공급되고 동일한 방식으로 최하층의 고상가스켓이 분리판(68)에 부착된다.
분리판의 경우 경질이기 때문에 상대적으로 이송과 취급이 용이하기 때문에 고상가스켓은 카세트에 의하여 일정한 위치에서 지속적으로 공급되고, 분리판을 이송시켜 공정을 진행하는 것이다.
이렇게 복수의 고상가스켓(25)을 수용하는 카세트(120, 130)를 사용하면 고 상가스켓의 흡착 및 이송에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
도 16은 분리판에 접착제를 토출 방법으로 도포하는 토출기를 나타낸 사시도이다.
토출기(150)는 접착제를 일정량씩 배출하는 노즐부(152)를 분리판 또는 가스켓의 위에서 이동시켜 원하는 부위에 접착제를 도포하는 장치이다.
토출기(150)는 접착제를 배출하는 노즐부(152)와 피도포체(가스켓 또는 분리판)이 장착되는 이송대(154)를 포함하여, 노즐부(152) 또는 이송대(154)을 이동시킴으로써 피도포체의 원하는 부위에 접착제를 도포하게 된다.
도시된 실시예의 경우 노즐부(152)가 좌우로 이동할 수 있도록 형성되어 있고, 이송대(154)가 전후방향으로 이동할 수 있도록 형성되어 있으나, 이송대(154)는 고정되어 있고 노즐부(152)가 전후좌우로 이동할 수 있도록 구성할 수도 있고, 노즐부(152)가 고정되어 있고 이송대(154)가 전후좌우로 이동할 수 있도록 구성할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에 서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법의 공정순서도,
도 2는 본 발명의 흡착지그의 제1실시예를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 흡착지그의 제2실시예를 나타낸 사시도,
도 4는 스탬핑 방법을 이용한 접착제 도포 방법을 나타낸 개념도,
도 5는 롤러를 이용한 접착제 도포 방법을 나타낸 개념도,
도 6은 고상가스켓의 부착방법을 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법의 공정순서도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 사용되는 고상가스켓의 구조를 나타낸 단면도,
도 9는 흡착지그에 고상가스켓을 고정함과 동시에 이형지를 제거하는 방법을 나타낸 단면도,
도 10은 별도의 이형지제거롤러를 이용하는 이형지 제거방법을 나타낸 사시도,
도 11은 로봇팔을 이용한 이형지 제거방법을 나타낸 도면,
도 12는 레일을 따라 이동하는 집게에 의한 이형지 제거방법을 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법의 공정순서도,
도 14 및 도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 고상가스켓 형성방법에 사용되는 카세트의 구조를 나타낸 단면도
도 16은 분리판에 접착제를 토출 방법으로 도포하는 토출기를 나타낸 사시도임.

Claims (21)

  1. 고상가스켓을 마련하는 단계;
    상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태에서 흡입력으로 흡착지그에 고정시키는 단계;
    상기 고상가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하는 단계; 및
    상기 고상가스켓과 상기 분리판을 정렬시킨 후 상기 고상가스켓을 상기 분리판에 접착하는 단계;를 포함하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착지그는 상기 고상가스켓의 형상에 해당하는 가스켓홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스켓홈은 상기 고상가스켓 두께의 10~90% 를 수용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 상기 고상가스켓의 접착면에 스탬핑 방법으로 도포되거나, 롤러를 이용하여 도포되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 상기 분리판의 접착부 또는 고상가스켓의 접착면에 실크스크린 방법, 잉크젯 방법 및 토출 방법 중 어느 하나의 방법으로 도포되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  6. 접착면에 접착제층과 이형지를 구비하는 고상가스켓을 마련하는 단계;
    상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태로 흡착지그에 흡착력으로 고정시키고 이형지를 분리하는 단계; 및
    고상가스켓과 분리판을 정렬하고 고상가스켓을 상기 분리판에 접착시키는 단계;를 포함하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이형지는 상기 접착제층의 면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 흡착지그는 상기 고상가스켓의 형상에 해당하는 가스켓홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스켓홈의 깊이는 상기 고상가스켓의 두께의 100~200% 범위인 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 이형지를 분리하는 단계는 표면에 복수개의 에어홀을 구비하는 이형지제거롤러를 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 이형지를 분리하는 단계는
    로봇팔 또는 클램프를 이용하여 이형지를 제거하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성 방법.
  12. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 접착하는 단계는 상기 분리판과 상기 고상가스켓을 밀착시킨 상태에서 압력을 가한 후, 상기 흡착지그의 흡입력을 제거하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  13. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 접착하는 단계는 상기 분리판과 상기 고상가스켓을 근접시킨 상태에서, 상기 흡착지그의 흡입력을 해제하여 상기 고상가스켓을 자유낙하시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  14. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 접착하는 단계는 상기 분리판과 상기 고상가스켓을 근접시킨 상태에서, 상기 흡착지그의 흡입력을 해제하고 양압력을 부여하여 상기 고상가스켓을 상기 분리판으로 밀착하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  15. 고상가스켓을 마련하고, 상기 고상가스켓의 형상을 유지시킨 상태에서 접착면이 카세트의 작업면을 향하도록 카세트에 복수의 층으로 장착하는 단계;
    고상가스켓의 접착면 또는 분리판의 접착부에 접착제를 도포하는 단계; 및
    고상가스켓과 분리판을 정렬하고 고상가스켓을 분리판에 접착하는 단계;를 포함하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 카세트는 작업면이 위를 향하도록 배치되어, 작업면으로 노출된 고상가스켓이 분리판에 접착된 후, 나머지 고상가스켓들을 고상가스켓 1장의 두께만큼 상승시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 카세트는 작업면이 아래를 향하도록 배치되어, 수용되는 고상가스켓의 측면을 흡입력으로 고정하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 접착하는 단계는 상기 카세트의 작업면을 상기 분리판에 근접시킨 상태에서, 상기 흡입력을 해제하여 상기 고상가스켓을 자유낙하시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 접착제는 상기 분리판의 접착부 또는 고상가스켓의 접착면에 실크스크린 방법, 토출 방법 및 잉크젯 방법 중 어느 하나의 방법으로 도포되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  20. 제1항, 제6항 및 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고상가스켓은 압축성형, 사출성형, 트랜스퍼 성형, 액상 사출 성형 중 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
  21. 제1항, 제6항 및 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고상가스켓은 올레핀계수지(PMMA), 니트릴부타디엔고무(NBR), 에틸렌프로필렌고무(EPDM), 불소화고무(FKM), 아크릴고무(ACM), 실리콘고무(VMQ), 플루오로실리콘고무(FVMQ), 스티렌부타디엔고무(SBR), 부타디엔고무(BR) 및 클로로프렌고무(CR) 중에서 선택되는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법.
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