WO2016006366A1 - プレート一体ガスケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

　プレート（１）の周縁部（１１，１２）の厚さ方向一側にガスケット本体を一体成形する際に、キャビティ（４３，４４）内に位置するプレート（１）の周縁部（１１，１２）の変形を有効に防止し得るプレート一体ガスケットの製造方法を提供する。この目的を達成するため、プレート（１）の周縁部（１１，１２）における厚さ方向一側（１１ａ，１２ａ）に、ガスケット本体の成形領域に位置するように、ゴム状弾性材料からなる多数のポッティング部（２３，３３）をガスケット本体の延長方向に対する適当な間隔で形成し、次にプレート（１）を金型（４）内に位置決め配置して型締めすることによって、プレート（１）の周縁部（１１，１２）及びポッティング部（２３，３３）からなる部分を金型（４）のキャビティ（４３，４４）の内面間に挟持して周縁部（１１ａ，１２ａ）における厚さ方向他側（１１ｃ，１２ｃ）をキャビティ（４３，４４）の一方の内面に密接させ、キャビティ（４３，４４）内に液状ゴム材料を充填して硬化させる。

Description

プレート一体ガスケットの製造方法

　本発明は、例えば燃料電池セルを構成するセパレータなどのプレートの周縁部にゴム状弾性材料からなるガスケット本体が一体に設けられたプレート一体ガスケットを製造する方法に関するものである。

　燃料電池は、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた膜電極複合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の厚さ方向両側にガス拡散層を配置し、これにセパレータを積層して燃料電池セルとし、さらにこの燃料電池セルを多数積層したスタック構造としている。各燃料電池セルには、燃料ガスや酸化ガス等をシールするためのガスケットが用いられ、この種のガスケットとしては、従来、図５及び図６に示すようなプレート一体ガスケット１００が知られている。

　図５及び図６に示すプレート一体ガスケット１００は、金属製セパレータなどのプレート１０１の周縁部における厚さ方向片側に、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるガスケット本体１０２を一体に設けたものであって、ガスケット本体１０２は、山形の隆起形状のシールリップ１０２ａを有する。

　この種のプレート一体ガスケット１００の製造において、金型を用いてプレート１０１の周縁部１０１ａ，１０１ｂの片面にそれぞれガスケット本体１０２を一体成形する際には、プレート１０１は、その周縁部１０１ａ，１０１ｂが成形用液状ゴム材料の賦形空間であるキャビティ内に位置するように配置され、前記周縁部１０１ａ，１０１ｂの間の中間部分１０１ｃにおいて金型の内面間に挟持されるため、プレート１０１が燃料電池の金属製セパレータなどのように薄く柔軟である場合は、キャビティ内へ充填される液状ゴム材料の一部がプレート１０１の周縁部１０１ａ，１０１ｂの裏側へ廻り込んで、図７に示すように、前記周縁部１０１ａ，１０１ｂが液状ゴム材料の流入圧力によって曲げ変形された状態でガスケット本体１０２が成形されてしまうおそれがある（特許文献１参照）。最悪の場合は、変形したプレート１０１の一部がガスケット本体１０２から露出する不具合も生じ、ガスケット本体１０２の密封性が損なわれるおそれがあった。

特開２０１１－９６４１９号公報

　本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、柔軟なプレートの周縁部の厚さ方向片側にガスケット本体を一体成形する際に、キャビティ内に位置するプレートの周縁部の変形を有効に防止し得るプレート一体ガスケットの製造方法を提供することにある。

　上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法は、プレートの周縁部における厚さ方向一側にゴム状弾性材料からなるガスケット本体を一体に設けたプレート一体ガスケットの製造において、前記プレートの周縁部における厚さ方向一側に、前記ガスケット本体の成形領域に位置するように、ゴム状弾性材料からなる多数のポッティング部を前記ガスケット本体の延長方向に対する適当な間隔で形成し、次に前記プレートを金型内に位置決め配置して型締めすることによって、前記プレートの周縁部及び前記ポッティング部からなる部分を前記金型のガスケット成形用キャビティの内面間に挟持して前記周縁部における厚さ方向他側を前記キャビティの一方の内面に密接させ、前記キャビティ内に液状ゴム材料を充填して硬化させるものである。

　上述の製造方法において、プレートの周縁部における厚さ方向一側に、ガスケット本体の成形領域に位置して形成されたゴム状弾性材料からなるポッティング部は、前記プレートを金型内に位置決め配置して型締めすることによって、プレートの周縁部と共にガスケット成形用キャビティの内面間に挟持され、プレートの周縁部の厚さ方向他側を前記キャビティの一方の内面に押し付けるので、前記キャビティに充填される液状ゴム材料の賦形時のプレートの周縁部の曲げ変形や、これに伴って液状ゴム材料の一部がプレートの周縁部の厚さ方向他側へ廻り込んで浸入するのを有効に防止することができる。

　ここで、ポッティング部は、プレートの周縁部におけるガスケット本体の成形領域に沿って適当な間隔で多数形成されるため、ガスケット成形用キャビティを分断するものではなく、したがって、ポッティング部を連続して形成した場合のようにキャビティ内の液状ゴム材料の流れを遮断することがないので、キャビティ内への液状ゴムの注入口を増やす必要がない。また前記ポッティング部は、前記キャビティに充填された液状ゴム材料が硬化することによって成形されるガスケット本体と一体化され、このガスケット本体の一部となる。

　本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法によれば、プレートの周縁部の厚さ方向一側に形成したポッティング部によって前記周縁部の厚さ方向他側がキャビティの内面に押し付けられるので、燃料電池の金属製セパレータなどのように薄く柔軟である場合でも、キャビティ内へ充填される液状ゴム材料の流入圧力によってプレートの周縁部が曲げ変形されてその厚さ方向他側へ液状ゴム材料の一部が廻り込んでしまうのを防止し、プレート一体ガスケットの品質を向上することができる。

本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、プレートの周縁部に形成されたポッティング部の配置の一例を示す部分的な平面図である。 本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、図１のＡ－Ａ’位置でプレートを切断して示す断面図である。 本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、プレートを金型内に位置決め配置して型締めした状態を図２と対応する位置で切断して示す断面図である。 本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、成形されたプレート一体ガスケットを図２と対応する位置で切断して示す断面図である。 従来の技術により製造されたプレート一体ガスケットを示す平面図である。 従来の技術により製造されたプレート一体ガスケットを、図５のＡ－Ａ’位置で切断して示す断面図である。 従来の技術により製造されたプレート一体ガスケットにおいて、プレートの周縁部に変形を生じた状態を、図５のＡ－Ａ’位置で切断して示す断面図である。

　以下、本発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法を、燃料電池セルにおけるセパレータ一体ガスケットの製造に適用した好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　図４は、本発明により製造されたプレート一体ガスケット（燃料電池セルにおけるセパレータ一体ガスケット）の一例を示すもので、参照符号１は燃料電池セルを構成する金属セパレータとしてのプレート、参照符号２，３はプレート１の外周縁部１１及びこのプレート１に燃料電池セルのガス流路等として開設された開口１ａの周縁部（以下、開口周縁部という）１２にそれぞれ一体成形されたガスケット本体である。なお、外周縁部１１及び開口周縁部１２は、請求項１に記載された周縁部に相当するものである。

　ガスケット本体２，３は、それぞれゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、このうちガスケット本体２は、プレート１の外周縁部１１の厚さ方向一側１１ａ及び端縁部１１ｂに沿って延びる板状の基部２１と、その幅方向中間部から山形に隆起したシールリップ２２からなり、ガスケット本体３は、開口周縁部１２の厚さ方向一側１２ａ及び端縁部１２ｂに沿って延びる板状の基部３１と、その幅方向中間部から山形に隆起したシールリップ３２からなる。

　上記構成のプレート一体ガスケットは、燃料電池セルを構成する積層部品として用いられ、ガスケット本体２，３におけるシールリップ２２，３２が、適当な圧縮状態で他の積層部品と密接されることによって、燃料電池セルに供給される燃料ガスや酸化ガス、電気化学反応により生成される水などに対するシール機能を奏するものである。

　そしてこのプレート一体ガスケットの製造においては、まず、プレート１の外周縁部１１及び開口周縁部１２における厚さ方向一側１１ａ，１２ａに、ゴム状弾性材料からなる多数のポッティング部２３，３３をそれぞれ形成する。詳しくは、このポッティング部２３，３３のうち、プレート１の外周縁部１１に沿った２列のポッティング部２３は、先に説明した図４のセパレータ一体ガスケットにおけるガスケット本体２の成形領域に位置するように形成し、開口周縁部１２に沿った２列のポッティング部３３は、図４のセパレータ一体ガスケットにおけるガスケット本体３の成形領域に位置するように形成する。

　ポッティング部２３，３３は、プレート１の外周縁部１１及び開口周縁部１２における厚さ方向一側１１ａ，１２ａに、低粘度の液状ゴム材料をシルクスクリーン印刷法、ディスペンサー法、あるいはブレード法によって、例えば半球状の肉盛り形状で、所定間隔で点在するように塗布し、硬化させることによって形成することができる。

　次に、上述の工程によってポッティング部２３，３３が形成されたプレート１を、図３に示すように、ガスケット成形用の金型４に位置決め配置する。金型４は、互いに衝合・分離される分割型４１，４２を有し、その対向面間には、一方の分割型４１の内面に形成された溝状凹部４１ｂ，４１ｃによって、型締め時に、プレート１の外周縁部１１に沿ったキャビティ４３と、開口周縁部１２に沿ったキャビティ４４が画成されるようになっている。キャビティ４３，４４は、図４に示すガスケット本体２，３を成形するための液状ゴム材料を充填する空間であり、ガスケット本体２，３と対応する形状に形成されている。また、これらのキャビティ４３，４４間には、プレート１における外周縁部１１と開口周縁部１２の間の部分１３を挟持可能な型押さえ面４１ａ，４２ａが形成されている。

　一方の分割型４１には、キャビティ４３，４４へそれぞれ液状ゴム材料を充填するための注入ゲート４５，４６が開設されている。この注入ゲート４５，４６は、キャビティ４３，４４の内面のうち、図４に示すガスケット本体２，３の基部２１，３１と対応する位置で、かつポッティング部２３，３３と接触しない位置に開口している。

　そして、プレート１を分割型４１，４２間に位置決めした後、金型４（分割型４１，４２）を型締めすることによって、プレート１の外周縁部１１及びその厚さ方向一側１１ａのポッティング部２３からなる部分がキャビティ４３の内面間に挟持されると共に、プレート１の開口周縁部１２及びその厚さ方向一側１２ａのポッティング部３３からなる部分が、キャビティ４４の内面間に挟持され、前記外周縁部１１と開口周縁部１２の間の部分１３が分割型４１，４２の型押さえ面４１ａ，４２ａ間に挟持される。そしてこのため、キャビティ４３の内面のうち分割型４１側の面と接触したポッティング部２３によって、プレート１の外周縁部１１の厚さ方向他側１１ｃが、キャビティ４３の内面のうち分割型４２側の面に密接状態に押し付けられ、キャビティ４４の内面のうち分割型４１側の面と接触したポッティング部３３によって、プレート１の開口周縁部１２の厚さ方向他側１２ｃが、キャビティ４４の内面のうち分割型４２側の面に密接状態に押し付けられる。

　型締め後、注入ゲート４５，４６を通じてキャビティ４３，４４へ液状ゴム材料を射出する。この液状ゴム材料には、ポッティング部２３，３３の成形に用いたのと同材質のものが用いられる。

　キャビティ４３に射出された液状ゴム材料は、このキャビティ４３の延長方向へ所定間隔で点在するポッティング部２３の間を通じてキャビティ４３内の全域へ賦形され、キャビティ４４に射出された液状ゴム材料は、このキャビティ４４の延長方向へ所定間隔で点在するポッティング部３３の間を通じてキャビティ４４の全域へ賦形される。

　このとき、上述のように、キャビティ４３内に位置するプレート１の外周縁部１１は、その厚さ方向他側１１ｃが、ポッティング部２３によってキャビティ４３の内面のうち分割型４２側の面に密接状態に押し付けられ、キャビティ４４内に位置するプレート１の開口周縁部１２が、ポッティング部３３によってキャビティ４４の内面のうち分割型４２側の面に密接状態に押し付けられているので、液状ゴム材料の圧力等によってプレート１の外周縁部１１や開口周縁部１２が浮き上がって曲げ変形され、液状ゴム材料の一部が前記外周縁部１１及び開口周縁部１２の厚さ方向他側１１ｃ，１２ｃへ廻り込んで浸入するのを有効に防止することができる。

　そしてキャビティ４３，４４内で液状ゴム材料が架橋硬化することによって、図４に示すようにプレート１と一体化されたゴム状弾性材料からなるガスケット本体２，３が成形される。このとき、同じゴム状弾性材料からなるポッティング部２３，３３は、図４に破線で示すようにガスケット本体２，３の一部として一体化される。そして上述のように、ガスケット本体２，３の成形過程でプレート１の外周縁部１１や開口周縁部１２が浮き上がって曲げ変形されることがなく、このため前記外周縁部１１や開口周縁部１２がガスケット本体２，３から露出するといった成形不良が発生することがないので、品質の高いプレート一体ガスケットを得ることができる。

　なおポッティング部２３，３３は、プレート１の外周縁部１１又は開口周縁部１２が直線状に延びる部分では等間隔（例えば30ｍｍ以下）で配置し、曲線状をなす部分（隅部）では直線状に延びる部分よりも密に配置（例えば20ｍｍ以下）することが好ましい。その理由は、薄肉で柔軟なプレート１は、金型４の型押さえ面４１ａ，４２ａ間に挟持した際に、曲線部で変形を生じることが多いからである。したがってポッティング部２３，３３の間隔を曲線部で密にすることで変形を有効に抑制することができる。

　なお、図示の実施の形態では、ポッティング部２３，３３は、半球状の肉盛り形状をなすものとして説明したが、プレート１の外周縁部１１及び開口周縁部１２に沿った方向（図１の一点鎖線で示す方向）へ適当な長さを持って断続するものであっても良く、この場合、かまぼこ状、あるいは山形の断面形状をなすものなどが考えられる。

　また、プレート１としては、燃料電池セルの金属セパレータのほか、燃料電池セルの膜電極複合体、あるいは膜電極複合体の外周に設けられる合成樹脂フィルムなども適用可能である。

１　プレート
１１　外周縁部（周縁部）
１２　開口周縁部（周縁部）
２，３　ガスケット本体
２３，３３　ポッティング部
４　金型
４１，４２　分割型
４１ａ，４２ａ　型押さえ面
４３，４４　キャビティ

Claims (1)

1. 　プレートの周縁部における厚さ方向一側にゴム状弾性材料からなるガスケット本体を一体に設けたプレート一体ガスケットの製造において、前記プレートの周縁部における厚さ方向一側に、前記ガスケット本体の成形領域に位置するように、ゴム状弾性材料からなる多数のポッティング部を前記ガスケット本体の延長方向に対する適当な間隔で形成し、次に前記プレートを金型内に位置決め配置して型締めすることによって、前記プレートの周縁部及び前記ポッティング部からなる部分を前記金型のガスケット成形用キャビティの内面間に挟持して前記周縁部における厚さ方向他側を前記キャビティの一方の内面に密接させ、前記キャビティ内に液状ゴム材料を充填して硬化させることを特徴とするプレート一体ガスケットの製造方法。

Images