特許第5803551号(P5803551)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5803551
(24)【登録日】2015年9月11日
(45)【発行日】2015年11月4日
(54)【発明の名称】射出成形品
(51)【国際特許分類】
   B29C 45/14 20060101AFI20151015BHJP
【FI】
   B29C45/14
【請求項の数】4
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2011-226980(P2011-226980)
(22)【出願日】2011年10月14日
(65)【公開番号】特開2013-86303(P2013-86303A)
(43)【公開日】2013年5月13日
【審査請求日】2014年4月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000241500
【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(72)【発明者】
【氏名】増渕 慶明
(72)【発明者】
【氏名】廣田 茂則
【審査官】 坂本 薫昭
(56)【参考文献】
【文献】 特開平10−329259(JP,A)
【文献】 特開昭62−041009(JP,A)
【文献】 特開2006−147511(JP,A)
【文献】 特開2009−051131(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B29C 45/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品において、
前記外枠と合成樹脂部との間には、温度低下にともなうそれらの伸縮に際して応力を分散するための凹凸形状の応力分散部を設け、
前記応力分散部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されており、
前記凸部の根元は円弧状に形成されていることを特徴とする射出成形品。
【請求項2】
前記合成樹脂部は強化繊維を含有し、前記応力分散部は前記強化繊維の主たる配向方向に沿う方向の複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項に記載の射出成形品。
【請求項3】
前記外枠と合成樹脂部との間には、合成樹脂部の縁部の湾曲変形を抑止するようにその縁部を保持するための保持部を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の射出成形品。
【請求項4】
前記保持部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されていることを特徴とする請求項に記載の射出成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば燃料電池のエンドプレート等に用いられる射出成形品に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば燃料電池において、複数の電池セルを積層してなる積層体の積層方向の両端部に配置されるエンドプレートは、成形の容易さや耐食性を得るため特許文献1に示すように全合成樹脂製が普通である。しかしながら、合成樹脂製のエンドプレートは金属製のものと比較して剛性(強度)が乏しく、寸法安定性等の精度も不足する。
【0003】
この問題を解消するために、金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品が考えられる。すなわち、エンドプレートの外枠がアルミニウム等の金属で形成されることによって、剛性及び精度が確保される。また、外枠に酸化剤ガス、冷却媒体及び燃料ガスの各流体出入口を含めて、合成樹脂部が射出成形されることにより、耐食性が確保される。
【0004】
この種の射出成形品を成形する場合には、開閉可能な一対の型を備えた成形装置が用いられる。そして、一方の型に設けられた凹部内に金属製の外枠がセットされて、両型が型締めされた状態で、外枠と他方の型との間のキャビティ内に合成樹脂が射出されることにより、外枠内に合成樹脂部が射出成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−86549号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、このように射出成形された射出成形品においては、成形後の冷却時や、製品としての使用環境下における急激な温度変化時に、金属製の外枠と合成樹脂部との間において、両者の収縮率や線膨張係数の差から伸縮量に差が生じ、合成樹脂部が大きく収縮したり、金属の外枠が大きく膨張したりする。この合成樹脂部の収縮や外枠の膨張により、合成樹脂部の応力集中部に割れや欠けが生じ易いという問題があった。例えば、図8に示すように、射出成形品31において、金属製の外枠32の凸部32a上に合成樹脂部33が被覆成形された箇所では、収縮量や膨張量に差により合成樹脂部33が中央部側に引っ張られて応力が発生し、その応力が集中する部分、例えば合成樹脂部33の角部付近に割れ34や欠けが生じ易かった。
【0007】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。この発明の目的は、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができる射出成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するために、この発明は、金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品において、前記外枠と合成樹脂部との間には、温度低下にともなうそれらの伸縮に際して応力を分散するための凹凸形状の応力分散部を設け、前記応力分散部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されており、前記凸部の根元は円弧状に形成されていることを特徴としている。
【0009】
従って、この発明の成形品においては、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、金属製の外枠と合成樹脂部との間で伸縮量に差が生じて、その伸縮量の差により合成樹脂部に応力が発生しても、その応力が外枠と合成樹脂部との間の応力分散部において分散される。よって、合成樹脂部の一部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができる。
【0010】
た、前記の構成において、前記合成樹脂部には強化繊維を含有させ、前記応力分散部は前記強化繊維の主たる配向方向に沿う方向の複数箇所に配置するとよい。
【0011】
また、前記の構成において、前記外枠と合成樹脂部との間には、合成樹脂部の縁部の湾曲変形を抑止するようにその縁部を保持するための保持部を設けるとよい。
このように構成した場合には、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部の収縮により、合成樹脂部の縁部に湾曲変形が生じようとしても、その縁部の湾曲変形が保持部の保持作用によって抑止される。よって、合成樹脂部の縁部が外枠上から剥離するおそれを防止することができる。
【0012】
前記の構成において、前記保持部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
以上のように、この発明によれば、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部の一部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】実施形態の射出成形品を示す斜視図。
図2】燃料電池を示す正面図。
図3】実施形態の射出成形品を成形するための成形装置を第2型の破断状態で示す平面図。
図4図3の4−4線における断面図。
図5図3の5−5線における部分拡大断面図。
図6図4の6−6線における部分拡大断面図。
図7】射出成形品の変更例を示す部分断面図。
図8】従来の射出成形品を示す断面図。
図9】従来の射出成形品の別の構成を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、この発明を燃料電池のエンドプレートに具体化した一実施形態を図1図6に従って説明する。
図1及び図2に示すように、燃料電池10のセル30群の両端に用いられる射出成形品としてのエンドプレート11は、アルミニウム等の金属によって鋳造により成形されるとともに、切削加工された外枠12と、その外枠12の内面に射出成形された合成樹脂部13とにより構成されている。合成樹脂部13の全体には、強化繊維13b(図4参照)が含有されている。図2及び図3に示すように、エンドプレート11の一側部の表裏両面間には、酸化剤ガス入口14A、冷却媒体入口14B及び燃料ガス入口14Cが貫通形成されている。各流体入口14A〜14Cの図3の右側においてエンドプレート11の表裏両面間には、酸化剤ガス出口15A、冷却媒体出口15B及び燃料ガス出口15Cが貫通形成されている。エンドプレート11の内面(図2の上面)には、各流体出口15A〜15Cに連通する溝状の酸化剤ガス通路16A、冷却媒体通路16B及び燃料ガス通路16Cが貫通形成されている。そして、前記合成樹脂部13が各流体入口14A〜14C、流体出口15A〜15C及び流体通路16A〜16Cの内面を被覆するように形成されている。
【0016】
図3及び図5に示すように、前記冷却媒体入口14Bと冷却媒体出口15Bとの間の中間部や流体通路16A〜16C間の部分等、外枠12の上方(図3の紙面直交方向)への突出部分において、外枠12と合成樹脂部13との間には、合成樹脂部13の成形後の温度低下や使用環境下における急激な温度変化にともなう外枠12と合成樹脂部13の伸縮量の差に起因した応力を分散するための凹凸形状の応力分散部17が形成されている。この応力分散部17は、後述する成形装置のゲート24から注入される合成樹脂に含有されて、その合成樹脂の流動方向に配向される強化繊維13bの主たる配向方向の方向に沿って複数箇所に配置されている。各応力分散部17は、外枠12の鋳造時に外枠12の上面に成形され、または外枠12の鋳造後に外枠12の上面に切削加工された断面四角溝状をなし、前記の主たる配向方向の方向と交差する方向に延びる孔17aと、その孔17a内に位置する合成樹脂部13の凸部17bとにより構成されている。
【0017】
図3及び図6に示すように、前記合成樹脂部13の強化繊維13bの主たる配向方向の方向に沿った両側縁部において、外枠12と合成樹脂部13との間には、合成樹脂部13の縁部13aの湾曲変形を抑止するようにその縁部13aを保持するための複数の保持部18が設けられている。各保持部18は、外枠12の鋳造時に外枠12の上面に成形され、または外枠12の鋳造後に外枠12の上面に切削加工された断面四角溝状をなし、主たる配向方向に沿って延びる孔18aと、その孔18a内に合成樹脂部13から一体に形成された凸部18bとにより構成されている。
【0018】
次に、前記のような構成のエンドプレート11を射出成形するための成形装置及び成形方法について説明するとともに、前記応力分散部17及び保持部18の作用について説明する。図3及び図4に示すように、成形装置には、図示下側の第1型21と、その第1型21上に開閉可能に配置された図示上側の第2型22とが装備されている。第1型21の図示上面には、前記エンドプレート11の外枠12をセットするための凹部23が形成されている。第2型22には、凹部23内の外枠12上に合成樹脂を注入するための複数のゲート24が設けられている。
【0019】
そして、この成形装置によりエンドプレート11を射出成形する場合には、両型21,22が型開きされた状態で、第1型21の凹部23内に金属製の外枠12がセットされて、両型21,22が型締めされる。その後、第2型22のゲート24から外枠12と第2型22との間のキャビティ内に強化繊維13b入りの合成樹脂が注入されることにより、外枠12内に合成樹脂部13が射出成形されて、射出成形品としてのエンドプレート11が形成される。
【0020】
そして、このように成形されたエンドプレート11は、金属製の外枠12によって剛性及び精度が確保され、合成樹脂部13によって耐食性及び燃料電池セル30とのシール性が確保される。
【0021】
エンドプレート11の成形後の冷却時やエンドプレート11の製品としての使用環境下における急激な温度変化時には、金属製の外枠12と合成樹脂部13との間の伸縮量の差により、冷却媒体入口14Bと冷却媒体出口15Bとの中間部や流体通路16A〜16C間の部分等の外枠12の上方への突出部分において、合成樹脂部13に引っ張り応力が発生する。ところが、この合成樹脂部13には、前記各部分の複数箇所に、図5に示すように、孔17aと凸部17bとよりなる応力分散部17が設けられているため、合成樹脂部13に生じる応力がこれらの複数箇所の応力分散部17の孔17aと凸部17bとの係合により受け止められて分散される。よって、合成樹脂部13における冷却媒体入口14B及び冷却媒体出口15Bの開口縁部等の特定箇所に応力が集中することを抑制できて、割れや欠けが生じるおそれはない。さらに、応力分散部17の根元を円弧状に形成することにより、その根元部の応力集中を抑制し、応力分散部17の割れや欠けを防止することができる。
【0022】
また、前記エンドプレート11の成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時には、合成樹脂部13の温度低下にともなう収縮により、合成樹脂部13の縁部13aに湾曲変形が生じようとする。この湾曲変形は、前記主たる配向方向の方向に沿って延びる縁部13aに生じやすい。
【0023】
すなわち、図9に示すように、実施形態とは異なる射出成形品31において、金属製の外枠32の凹部32b上に合成樹脂部33が被覆成形されて、合成樹脂部33の縁部33aが外枠32上に接合配置された箇所では、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、合成樹脂部33の温度低下にともなう収縮により、縁部33aが湾曲変形して外枠32上から剥離し易い。このように、縁部33aが湾曲変形して剥離すると、この縁部33aの強度が低下するばかりでなく、エンドプレート11と燃料電池セル30との間のシール性が低下する。
【0024】
ところが、この実施形態の合成樹脂部13の縁部13aと外枠12との間には、図6に示すように、孔18aと凸部18bとよりなる保持部18が設けられている。このため、合成樹脂部13に作用する収縮力によって前記凸部18bが孔18aの内面に高い圧力で保持される。そして、この保持によって縁部13aの湾曲変形が抑止される。よって、合成樹脂部13の縁部13aが変形することはなく、縁部13aが外枠12上から剥離するおそれはない。なお、この保持部18も、前記応力分散部17と同様に、合成樹脂部13に作用する応力を分散する機能を有する。従って、この保持部18によっても合成樹脂部13に割れや欠けが生じることを防止できる。
【0025】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1) この射出成形品においては、金属製の外枠12と合成樹脂部13との間には、応力を分散するための凹凸形状の応力分散部17が設けられている。このため、成形後の冷却時や使用環境下における急激な温度変化時に、金属製の外枠12と合成樹脂部13との間の伸縮量の差により合成樹脂部13に応力が発生しても、その応力が外枠12と合成樹脂部13との間の応力分散部17において分散される。よって、合成樹脂部13の一部に応力が集中して割れや欠けが生じるおそれを防止することができる。
【0026】
(2) この射出成形品においては、前記応力分散部17が外枠12上に設けられた孔17aと、その孔17a内に合成樹脂部13から形成された凸部17bとより構成されている。このため、応力分散部17の構成が簡単であるとともに、合成樹脂部13の一部に応力が集中するおそれを有効に抑制することができる。
【0027】
(3) この射出成形品においては、前記合成樹脂部13に強化繊維13bが含有され、前記応力分散部17が強化繊維の配向方向に沿う方向の複数箇所に配置されている。このため、合成樹脂部13上に強化繊維13bの主たる配向方向に沿って割れが生じるおそれを複数個所の応力分散部17によって効果的に抑制することができる。
【0028】
(4) この射出成形品においては、前記外枠12と合成樹脂部13との間に、合成樹脂部13の縁部13aの湾曲変形を抑止するようにその縁部13aを保持する保持部18が設けられている。このため、成形後の冷却時に、合成樹脂部13の温度低下にともなう収縮により、合成樹脂部13の縁部13aに湾曲変形が生じようとしても、その縁部13aの湾曲変形が保持部18の保持作用によって抑止される。よって、合成樹脂部13の縁部13aが外枠12上から剥離するおそれを防止することができる。
【0029】
(5) この射出成形品においては、前記保持部18が外枠12上に設けられた孔18aと、その孔18a内に位置する合成樹脂部13の一部に形成された凸部18bとより構成されている。このため、保持部18の構成が簡単であるとともに、成形後の冷却時に、合成樹脂部13の縁部13aが湾曲変形するおそれを有効に抑止することができる。
【0030】
(変更例)
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
図7に示すように、前記保持部18の孔18aをその側面が傾斜したアリ溝状に形成すること。このようにすれば、合成樹脂部13の縁部13aの保持力が強くなり、縁部13aの湾曲変形をいっそう有効に防止できる。なお、図7においては、孔18aの両側面が傾斜しているが、一方の側面のみが傾斜してもよい。
【0031】
図7に示す保持部18の構造と同様に、前記応力分散部17の孔17aをアリ溝状に形成すること。
・ 応力分散部17を合成樹脂部13の少なくともひとつの流体通路16A〜16Cと対応する位置に設けること。
【0032】
・ 応力分散部17の孔17aを断面円形状等の他の形状に形成すること。
・ 保持部18の孔18aを断面円形状等の他の形状に形成すること。
(他の技術的思想)
前記実施形態から把握される技術的思想を以下に列挙する。
【0033】
(A) 金属製の外枠に合成樹脂部を射出成形した射出成形品において、
前記外枠と合成樹脂部との間には、合成樹脂部の縁部の湾曲変形を抑止するようにその縁部を保持するための保持部を設けたことを特徴とする射出成形品。
【0034】
このように構成すれば、成形後の冷却時に、合成樹脂部の縁部が湾曲変形して外枠上から剥離するおそれを防止することができる。
(B) 前記保持部は、外枠上に設けられた孔と、その孔内に位置する合成樹脂部の凸部とより構成されていることを特徴とする前記技術的思想(A)項に記載の射出成形品。
【0035】
(C) 前記合成樹脂部は強化繊維を含有し、前記保持部は前記強化繊維の主たる配向方向に沿う方向の複数箇所に配置されていることを特徴とする前記技術的思想(A)または(B)項に記載の射出成形品。
【符号の説明】
【0036】
11…射出成形品としてのエンドプレート、12…外枠、13…合成樹脂部、13a…縁部、13b…強化繊維、17…応力分散部、17a…孔、17b…凸部、18…保持部、18a…孔、18b…凸部、31…射出成形品。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9