KR20170026396A - 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법 - Google Patents

플레이트 일체형 개스킷의 제조방법 Download PDF

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타카히로 하야시
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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 플레이트(1)의 둘레 가장자리부(周緣部; 11, 12)의 두께 방향 일측에 개스킷 본체를 일체로 성형할 때에, 캐비티(43, 44) 내에 위치하는 플레이트(1)의 둘레 가장자리부(11, 12)의 변형을 유효하게 방지할 수 있는 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 플레이트(1)의 둘레 가장자리부(11, 12)에 있어서의 두께 방향 일측(11a, 12a)에, 개스킷 본체의 성형 영역에 위치하도록, 고무상(狀)의 탄성 재료로 이루어지는 다수의 포팅부(23, 33)를 개스킷 본체의 연장 방향에 대한 적당한 간격으로 형성하고, 다음으로 플레이트(1)를 금형(4) 내에 위치 결정하여 배치하고 몰드 체결함으로써, 플레이트(1)의 둘레 가장자리부(11, 12) 및 포팅부(23, 33)로 이루어지는 부분을 금형(4)의 캐비티(43, 44)의 내면 사이에 끼워 지지하여 둘레 가장자리부(11a, 12a)에 있어서의 두께 방향 타측(11c, 12c)을 캐비티(43, 44)의 일방(一方)의 내면에 밀착 접촉시키고, 캐비티(43, 44) 내에 액상 고무 재료를 충전하여 경화시킨다.

Description

플레이트 일체형 개스킷의 제조방법{PRODUCTION METHOD FOR PLATE-INTEGRATED GASKET}
[0001] 본 발명은, 예컨대 연료 전지 셀을 구성하는 세퍼레이터(separator) 등의 플레이트의 둘레 가장자리부(周緣部, peripheral edge portion)에 고무상(狀)(rubber-like)의 탄성 재료로 이루어지는 개스킷(gasket) 본체가 일체로 설치된 플레이트 일체형 개스킷을 제조하는 방법에 관한 것이다.
[0002] 연료 전지는, 전해질막의 양면에 한 쌍의 전극층을 설치한 막 전극 복합체(MEA：Membrane Electrode Assembly)의 두께 방향 양측에 가스 확산층을 배치하고, 여기에 세퍼레이터를 적층하여 연료 전지 셀로 하며, 나아가 상기 연료 전지 셀을 다수 적층한 스택(stack) 구조로 하고 있다. 각 연료 전지 셀에는, 연료 가스나 산화 가스 등을 시일(seal)하기 위한 개스킷이 이용되며, 이러한 종류의 개스킷으로서는, 종래, 도 5 및 도 6에 나타내는 것과 같은 플레이트 일체형 개스킷(100)이 알려져 있다.
[0003] 도 5 및 도 6에 나타내는 플레이트 일체형 개스킷(100)은, 금속제 세퍼레이터 등의 플레이트(101)의 둘레 가장자리부에 있어서의 두께 방향 한쪽에, 고무상의 탄성 재료(고무 재료 또는 고무상의 탄성을 가지는 합성수지 재료)로 이루어지는 개스킷 본체(102)를 일체로 설치한 것으로서, 개스킷 본체(102)는, 산형(山形)의 융기(隆起) 형상의 시일 립(seal lip; 102a)을 갖는다.
[0004] 이러한 종류의 플레이트 일체형 개스킷(100)의 제조에 있어서, 금형을 이용하여 플레이트(101)의 둘레 가장자리부(101a, 101b)의 한 면(片面)에 각각 개스킷 본체(102)를 일체 성형할 때에는, 플레이트(101)는, 그 둘레 가장자리부(101a, 101b)가 성형용 액상 고무 재료의 부형(賦形) 공간인 캐비티 내에 위치하도록 배치되어, 상기 둘레 가장자리부(101a, 101b) 사이의 중간 부분(101c)에 있어서 금형의 내면 사이에 끼워져 지지되기 때문에, 플레이트(101)가 연료 전지의 금속제 세퍼레이터 등과 같이 얇고 유연한 경우에는, 캐비티 내에 충전되는 액상 고무 재료의 일부가 플레이트(101)의 둘레 가장자리부(101a, 101b)의 뒤쪽으로 돌아 들어가, 도 7에 나타내는 바와 같이, 상기 둘레 가장자리부(101a, 101b)가 액상 고무 재료의 유입 압력에 의해 굽힘 변형된 상태에서 개스킷 본체(102)가 성형되어 버릴 우려가 있다(특허문헌 1 참조). 최악의 경우에는, 변형된 플레이트(101)의 일부가 개스킷 본체(102)로부터 노출되는 문제도 생겨, 개스킷 본체(102)의 밀봉성이 손상될 우려가 있었다.
[0005] 일본 특허공개공보 제2011-96419호
[0006] 본 발명은, 이상과 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 기술적 과제는, 유연한 플레이트의 둘레 가장자리부의 두께 방향 한쪽에 개스킷 본체를 일체 성형할 때에, 캐비티 내에 위치하는 플레이트의 둘레 가장자리부의 변형을 유효하게 방지할 수 있는 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
[0007] 상술한 기술적 과제를 유효하게 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법은, 플레이트의 둘레 가장자리부(周緣部)에 있어서의 두께 방향 일측(一側)에 고무상의 탄성 재료로 이루어지는 개스킷 본체를 일체로 설치한 플레이트 일체형 개스킷의 제조에 있어서, 상기 플레이트의 둘레 가장자리부에 있어서의 두께 방향 일측에, 상기 개스킷 본체의 성형 영역에 위치하도록, 고무상의 탄성 재료로 이루어지는 다수의 포팅부(potting portions)를 상기 개스킷 본체의 연장 방향에 대한 적당한 간격으로 형성하고, 다음으로 상기 플레이트를 금형 내에 위치 결정하여 배치하고 몰드 체결(mold clamping)함으로써, 상기 플레이트의 둘레 가장자리부 및 상기 포팅부로 이루어지는 부분을 상기 금형의 개스킷 성형용 캐비티의 내면 사이에 끼워 지지하여 상기 둘레 가장자리부에 있어서의 두께 방향 타측(他側)을 상기 캐비티의 일방(一方)의 내면에 밀착 접촉시키고, 상기 캐비티 내에 액상 고무 재료를 충전하여 경화시키는 것이다.
[0008] 상술한 제조방법에 있어서, 플레이트의 둘레 가장자리부에 있어서의 두께 방향 일측에, 개스킷 본체의 성형 영역에 위치하여 형성된 고무상의 탄성 재료로 이루어지는 포팅부는, 상기 플레이트를 금형 내에 위치 결정하여 배치하고 몰드 체결함으로써, 플레이트의 둘레 가장자리부와 함께 개스킷 성형용 캐비티의 내면 사이에 끼워져 지지되어, 플레이트의 둘레 가장자리부의 두께 방향 타측을 상기 캐비티의 일방의 내면에 눌러 붙이기 때문에, 상기 캐비티에 충전되는 액상 고무 재료의 부형(賦形)시의 플레이트의 둘레 가장자리부의 굽힘 변형이나, 이에 수반하여 액상 고무 재료의 일부가 플레이트의 둘레 가장자리부의 두께 방향 타측으로 돌아 들어가 침입하는 것을 유효하게 방지할 수가 있다.
[0009] 여기서, 포팅부는, 플레이트의 둘레 가장자리부에 있어서의 개스킷 본체의 성형 영역을 따라 적당한 간격으로 다수 형성되기 때문에, 개스킷 성형용 캐비티를 분단(分斷)하는 것이 아니며, 따라서, 포팅부를 연속하여 형성한 경우와 같이 캐비티 내의 액상 고무 재료의 흐름을 차단하는 일이 없기 때문에, 캐비티 내부에 대한 액상 고무의 주입구(注入口)를 늘릴 필요가 없다. 또 상기 포팅부는, 상기 캐비티에 충전된 액상 고무 재료가 경화됨에 따라 성형되는 개스킷 본체와 일체화되어, 그 개스킷 본체의 일부가 된다.
[0010] 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법에 의하면, 플레이트의 둘레 가장자리부의 두께 방향 일측에 형성한 포팅부에 의해 상기 둘레 가장자리부의 두께 방향 타측이 캐비티의 내면에 눌러 붙여지기 때문에, 연료 전지의 금속제 세퍼레이터 등과 같이 얇고 유연한 경우에도, 캐비티 내에 충전되는 액상 고무 재료의 유입 압력에 의해 플레이트의 둘레 가장자리부가 굽힘 변형되어 그 두께 방향 타측으로 액상 고무 재료의 일부가 돌아 들어가는 것을 방지하여, 플레이트 일체형 개스킷의 품질을 향상시킬 수가 있다.
[0011] 도 1은 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법의 바람직한 실시형태에 있어서, 플레이트의 둘레 가장자리부에 형성된 포팅부의 배치의 일례를 나타내는 부분적인 평면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법의 바람직한 실시형태에 있어서, 도 1의 A－A＇ 위치에서 플레이트를 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법의 바람직한 실시형태에 있어서, 플레이트를 금형 내에 위치 결정하여 배치하고 몰드 체결한 상태를 도 2와 대응하는 위치에서 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법의 바람직한 실시형태에 있어서, 성형된 플레이트 일체형 개스킷을 도 2와 대응하는 위치에서 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 종래의 기술에 의해 제조된 플레이트 일체형 개스킷을 나타내는 평면도이다.
도 6은 종래의 기술에 의해 제조된 플레이트 일체형 개스킷을, 도 5의 A－A＇ 위치에서 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 7은 종래의 기술에 의해 제조된 플레이트 일체형 개스킷에 있어서, 플레이트의 둘레 가장자리부에 변형을 일으킨 상태를, 도 5의 A－A＇ 위치에서 절단하여 나타내는 단면도이다.
[0012] 이하, 본 발명에 관한 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법을, 연료 전지 셀에 있어서의 세퍼레이터 일체형 개스킷의 제조에 적용한 바람직한 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
[0013] 도 4는, 본 발명에 의해 제조된 플레이트 일체형 개스킷(연료 전지 셀에 있어서의 세퍼레이터 일체형 개스킷)의 일례를 나타내는 것이며, 참조 부호 1은 연료 전지 셀을 구성하는 금속 세퍼레이터로서의 플레이트, 참조 부호 2, 3은 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11) 및 상기 플레이트(1)에 연료 전지 셀의 가스 유로(流路) 등으로서 개방 형성(開設)된 개구(1a)의 둘레 가장자리부(이하, 개구 둘레 가장자리부라 함; 12)에 각각 일체로 성형된 개스킷 본체이다. 또한, 외주 가장자리부(11) 및 개구 둘레 가장자리부(12)는, 청구항 1에 기재된 둘레 가장자리부에 상당하는 것이다.
[0014] 개스킷 본체(2, 3)는, 각각 고무상(狀)(rubber-like)의 탄성 재료(고무 재료 또는 고무상의 탄성을 가지는 합성수지 재료)로 이루어지는 것으로서, 이 중 개스킷 본체(2)는, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11)의 두께 방향 일측(11a) 및 단부 가장자리부(端緣部, 11b)를 따라 연장되는 판 형상의 베이스부(基部; 21)와, 그 폭 방향 중간부에서 산형으로 융기한 시일 립(22)으로 이루어지며, 개스킷 본체(3)는, 개구 둘레 가장자리부(12)의 두께 방향 일측(12a) 및 단부 가장자리부(12b)를 따라 연장되는 판 형상의 베이스부(31)와, 그 폭 방향 중간부에서 산형으로 융기한 시일 립(32)으로 이루어진다.
[0015] 상기 구성의 플레이트 일체형 개스킷은, 연료 전지 셀을 구성하는 적층 부품으로서 이용되며, 개스킷 본체(2, 3)에 있어서의 시일 립(22, 32)이, 적당한 압축 상태로 다른 적층 부품과 밀착 접촉함에 따라, 연료 전지 셀에 공급되는 연료 가스나 산화 가스, 전기 화학 반응에 의해 생성되는 물 등에 대한 시일 기능을 나타내는 것이다.
[0016] 그리고 상기 플레이트 일체형 개스킷의 제조에 있어서는, 우선, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11) 및 개구 둘레 가장자리부(12)에 있어서의 두께 방향 일측(11a, 12a)에, 고무상의 탄성 재료로 이루어지는 다수의 포팅부(23, 33)를 각각 형성한다. 자세하게는, 이들 포팅부(23, 33) 중, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11)를 따른 2열(列)의 포팅부(23)는, 앞서 설명한 도 4의 세퍼레이터 일체형 개스킷에 있어서의 개스킷 본체(2)의 성형 영역에 위치하도록 형성하고, 개구 둘레 가장자리부(12)를 따른 2열의 포팅부(33)는, 도 4의 세퍼레이터 일체형 개스킷에 있어서의 개스킷 본체(3)의 성형 영역에 위치하도록 형성한다.
[0017] 포팅부(23, 33)는, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11) 및 개구 둘레 가장자리부(12)에 있어서의 두께 방향 일측(11a, 12a)에, 저(低)점도의 액상 고무 재료를 실크 스크린 인쇄법, 디스펜서법, 혹은 블레이드법에 의해, 예컨대 반구(半球) 형상의 볼록하게 돋운 형상(build-up shape)이며, 소정 간격으로 점재(點在)하도록 도포하여, 경화시킴으로써 형성할 수 있다.
[0018] 다음으로, 상술한 공정에 의해 포팅부(23, 33)가 형성된 플레이트(1)를, 도 3에 나타내는 바와 같이, 개스킷 성형용의 금형(4)에 위치 결정하여 배치한다. 금형(4)은, 서로 접촉(衝合, brought into contact)·분리되는 분할 금형(41, 42)을 가지며, 그 대향면 사이에는, 일방의 분할 금형(41)의 내면에 형성된 홈 형상 오목부(41b, 41c)에 의해, 몰드 체결시에, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11)를 따른 캐비티(43)와, 개구 둘레 가장자리부(12)를 따른 캐비티(44)가 구획 형성되게 되어 있다. 캐비티(43, 44)는, 도 4에 나타내는 개스킷 본체(2, 3)를 성형하기 위한 액상 고무 재료를 충전하는 공간이며, 개스킷 본체(2, 3)와 대응하는 형상으로 형성되어 있다. 또, 이들 캐비티(43, 44) 사이에는, 플레이트(1)에 있어서의 외주 가장자리부(11)와 개구 둘레 가장자리부(12) 사이의 부분(13)을 끼워 지지할 수 있는 몰드 가압면(mold pressing surfaces; 41a, 42a)이 형성되어 있다.
[0019] 일방의 분할 금형(41)에는, 캐비티(43, 44)에 각각 액상 고무 재료를 충전하기 위한 주입 게이트(45, 46)가 개방 형성되어 있다. 상기 주입 게이트(45, 46)는, 캐비티(43, 44)의 내면 중, 도 4에 나타내는 개스킷 본체(2, 3)의 베이스부(21, 31)와 대응하는 위치이며, 또한 포팅부(23, 33)와 접촉하지 않는 위치에 개구되어 있다.
[0020] 그리고, 플레이트(1)를 분할 금형(41, 42) 사이에 위치 결정한 후, 금형(4)(분할 금형(41, 42))을 몰드 체결함으로써, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11) 및 그 두께 방향 일측(11a)의 포팅부(23)로 이루어지는 부분이 캐비티(43)의 내면 사이에 끼워져 지지되는 동시에, 플레이트(1)의 개구 둘레 가장자리부(12) 및 그 두께 방향 일측(12a)의 포팅부(33)로 이루어지는 부분이, 캐비티(44)의 내면 사이에 끼워져 지지되고, 상기 외주 가장자리부(11)와 개구 둘레 가장자리부(12) 사이의 부분(13)이 분할 금형(41, 42)의 몰드 가압면(41a, 42a) 사이에 끼워져 지지된다. 그리고 이 때문에, 캐비티(43)의 내면 중 분할 금형(41) 측의 면과 접촉한 포팅부(23)에 의해, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11)의 두께 방향 타측(11c)이, 캐비티(43)의 내면 중 분할 금형(42) 측의 면에 밀착 접촉 상태로 눌러 붙여지고, 캐비티(44)의 내면 중 분할 금형(41) 측의 면과 접촉한 포팅부(33)에 의해, 플레이트(1)의 개구 둘레 가장자리부(12)의 두께 방향 타측(12c)이, 캐비티(44)의 내면 중 분할 금형(42) 측의 면에 밀착 접촉 상태로 눌러 붙여진다.
[0021] 몰드 체결 후, 주입 게이트(45, 46)를 통해 캐비티(43, 44)에 액상 고무 재료를 사출(射出)한다. 상기 액상 고무 재료로는, 포팅부(23, 33)의 성형에 이용한 것과 동일한 재질의 것이 이용된다.
[0022] 캐비티(43)에 사출된 액상 고무 재료는, 상기 캐비티(43)의 연장 방향으로 소정 간격으로 점재하는 포팅부(23)의 사이를 통해 캐비티(43) 내의 전역(全域)에 부형(賦形)되며, 캐비티(44)에 사출된 액상 고무 재료는, 상기 캐비티(44)의 연장 방향으로 소정 간격으로 점재하는 포팅부(33)의 사이를 통해 캐비티(44)의 전역에 부형된다.
[0023] 이때, 위에서 설명한 바와 같이, 캐비티(43) 내에 위치하는 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11)는, 그 두께 방향 타측(11c)이, 포팅부(23)에 의해 캐비티(43)의 내면 중 분할 금형(42) 측의 면에 밀착 접촉 상태로 눌러 붙여지고, 캐비티(44) 내에 위치하는 플레이트(1)의 개구 둘레 가장자리부(12)가, 포팅부(33)에 의해 캐비티(44)의 내면 중 분할 금형(42) 측의 면에 밀착 접촉 상태로 눌러 붙여져 있기 때문에, 액상 고무 재료의 압력 등에 의해 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11)나 개구 둘레 가장자리부(12)가 떠올라 굽힘 변형되어, 액상 고무 재료의 일부가 상기 외주 가장자리부(11) 및 개구 둘레 가장자리부(12)의 두께 방향 타측(11c, 12c)으로 돌아 들어가 침입하는 것을 유효하게 방지할 수가 있다.
[0024] 그리고 캐비티(43, 44) 내에서 액상 고무 재료가 가교(架橋) 경화됨에 따라, 도 4에 나타내는 바와 같이 플레이트(1)와 일체화된 고무상의 탄성 재료로 이루어지는 개스킷 본체(2, 3)가 성형된다. 이때, 같은 고무상의 탄성 재료로 이루어지는 포팅부(23, 33)는, 도 4에 파선(破線)으로 나타내는 바와 같이 개스킷 본체(2, 3)의 일부로서 일체화된다. 그리고 위에서 설명한 바와 같이, 개스킷 본체(2, 3)의 성형 과정에서 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11)나 개구 둘레 가장자리부(12)가 떠올라 굽힘 변형되는 일이 없으며, 이 때문에 상기 외주 가장자리부(11)나 개구 둘레 가장자리부(12)가 개스킷 본체(2, 3)로부터 노출된다는 성형 불량이 발생하는 일이 없기 때문에, 고(高)품질의 플레이트 일체형 개스킷을 얻을 수가 있다.
[0025] 또한 포팅부(23, 33)는, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11) 또는 개구 둘레 가장자리부(12)가 직선 형상으로 연장되는 부분에서는 등간격(예컨대 30㎜ 이하)으로 배치하고, 곡선 형상을 이루는 부분(모퉁이부((隅部))에서는 직선 형상으로 연장되는 부분보다 조밀하게 배치(예컨대 20㎜ 이하)하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 두께가 얇고 유연한 플레이트(1)는, 금형(4)의 몰드 가압면(41a, 42a) 사이에 끼워 지지했을 때에, 곡선부에서 변형을 일으키는 경우가 많기 때문이다. 따라서 포팅부(23, 33)의 간격을 곡선부에서 조밀하게 함으로써 변형을 유효하게 억제할 수가 있다.
[0026] 또한, 도시된 실시형태에서는, 포팅부(23, 33)는, 반구 형상의 볼록하게 돋운 형상을 이루는 것으로 하여 설명하였으나, 플레이트(1)의 외주 가장자리부(11) 및 개구 둘레 가장자리부(12)를 따른 방향(도 1의 1점 쇄선으로 나타내는 방향)으로 적당한 길이를 가지고 단속(斷續)하는 것이어도 무방하며, 이 경우, 일본식 어묵(kamaboko) 형상, 혹은 산형의 단면(斷面) 형상을 이루는 것 등이 고려된다.
[0027] 또, 플레이트(1)로서는, 연료 전지 셀의 금속 세퍼레이터 외에, 연료 전지 셀의 막 전극 복합체, 혹은 막 전극 복합체의 외주에 설치되는 합성수지 필름 등도 적용 가능하다.
[0028] 1; 플레이트
11; 외주 가장자리부(둘레 가장자리부(周緣部))
12; 개구 둘레 가장자리부(둘레 가장자리부)
2, 3; 개스킷 본체
23, 33; 포팅부
4; 금형
41, 42; 분할 금형
41a, 42a; 몰드 가압면
43, 44; 캐비티

Claims (1)

  1. 플레이트의 둘레 가장자리부(周緣部, peripheral edge portion)에 있어서의 두께 방향 일측(一側)에 고무상(狀)(rubber-like)의 탄성 재료로 이루어지는 개스킷(gasket) 본체를 일체로 설치한 플레이트 일체형 개스킷의 제조에 있어서, 상기 플레이트의 둘레 가장자리부에 있어서의 두께 방향 일측에, 상기 개스킷 본체의 성형 영역에 위치하도록, 고무상의 탄성 재료로 이루어지는 다수의 포팅부(potting portions)를 상기 개스킷 본체의 연장 방향에 대한 적당한 간격으로 형성하고, 다음으로 상기 플레이트를 금형 내에 위치 결정하여 배치하고 몰드 체결함으로써, 상기 플레이트의 둘레 가장자리부 및 상기 포팅부로 이루어지는 부분을 상기 금형의 개스킷 성형용 캐비티의 내면 사이에 끼워 지지하여 상기 둘레 가장자리부에 있어서의 두께 방향 타측(他側)을 상기 캐비티의 일방(一方)의 내면에 밀착 접촉시키고, 상기 캐비티 내에 액상 고무 재료를 충전하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 플레이트 일체형 개스킷의 제조방법.
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