特許 6383203 プレート一体ガスケットの製造方法

(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】6383203

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】プレート一体ガスケットの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0276 20160101AFI20180820BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20180820BHJP

   H01M 8/0204 20160101ALI20180820BHJP

   F16J 15/10 20060101ALI20180820BHJP

   B29C 45/14 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0276

   H01M8/10 101

   H01M8/0204

   F16J15/10 N

   B29C45/14

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-151773(P2014-151773)

(22)【出願日】2014年7月25日

(65)【公開番号】特開2016-29622(P2016-29622A)

(43)【公開日】2016年3月3日

【審査請求日】2017年6月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100071205

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100179970

【弁理士】

【氏名又は名称】桐山 大

(72)【発明者】

【氏名】島添 稔大

【審査官】 高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００５／００４２６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２８１５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９６５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８０９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９８４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８３１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０２８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２１５８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１０

Ｂ２９Ｃ ４５／１４

Ｆ１６Ｊ １５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プレートの周縁部における厚さ方向両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方法において、
前記プレートのうち、このプレートを金型の分割型間に挟持して型締めすることにより画成されるガスケット成形用キャビティの間に位置する領域を、前記キャビティへ成形材料を注入するゲートの開口との対向位置及びその近傍で相対的に厚肉となるように形成し、
前記プレートの厚さ方向両側の前記キャビティを互いに連通する貫通孔を、相対的に厚肉となっている部分に位置して開設する、
ことを特徴とするプレート一体ガスケットの製造方法。

【請求項2】

相対的に厚肉となっている部分が、金型により挟持される被挟持部から延びることを特徴とする請求項１に記載のプレート一体ガスケットの製造方法。

【請求項3】

キャビティの延長方向の一部にこのキャビティが幅方向へ拡張した拡張部を形成し、ゲートを前記拡張部へ向けて開口させ、プレートのうち、キャビティの間に位置する領域における相対的に厚肉の部分を、前記拡張部に位置するように形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート一体ガスケットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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の両面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。

【背景技術】

【0002】

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７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。

【0003】

図７に示すプレート一体ガスケット１００は、燃料電池セルのセパレータとしてのカーボンプレート１０１の周縁に沿った部分における厚さ方向両側に、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１０２，１０３を一体に設けたものであって、ガスケット本体１０２，１０３は、それぞれカーボンプレート１０１の両面に形成した帯状溝１０１ａ，１０１ｂに充填状態に形成された基部１０２ａ，１０３ａと、その幅方向中間部から山形に隆起形成されたシールリップ１０２ｂ，１０３ｂを有する。厚さ方向両側の基部１０２ａ，１０３ａは、カーボンプレート１０１の帯状溝１０１ａ，１０１ｂ間の薄肉部１０１ｃに開設された貫通孔１０１ｄを通じて互いに一体に連続している。

【0004】

この種のプレート一体ガスケット１００の製造において、カーボンプレート１０１とガスケット本体１０２，１０３の一体成形は、図８及び図９に示すような金型２００を用いて行われる。すなわち、まずカーボンプレート１０１を、金型２００の分割型２０１，２０２間に位置決め配置し、型締めによってカーボンプレート１０１の両面の帯状溝１０１ａ，１０１ｂと分割型２０１，２０２の間に画成されるキャビティ２０３，２０４に成形用液状ゴム材料を充填する。液状ゴム材料の供給口であるゲート２０５は一方のキャビティ２０３にのみ開口しているが、図９に示すように、キャビティ２０３，２０４はカーボンプレート１０１に開設された貫通孔１０１ｄを通じて互いに連通しているので、ゲート２０５からキャビティ２０３へ射出された液状ゴム材料は、このキャビティ２０３から貫通孔１０１ｄを介してキャビティ２０４にも流れ込んで賦形される（下記の先行技術文献参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−２４５３４１号公報

【特許文献2】特開２００１−１２１５８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、カーボンプレート１０１は脆いため、帯状溝１０１ａ，１０１ｂ間の薄肉部１０１ｃでは、ゲート２０５からの液状ゴム材料の射出圧力によって割れＣを生じることが懸念される。特に、薄肉部１０１ｃのうちゲート２０５の開口部と対向する位置の近傍では、ゲート２０５からの液状ゴム材料の射出圧力を直接受けるため割れＣを生じやすくなり、しかも図９に示すように貫通孔１０１ｄが存在する部分では、この貫通孔１０１ｄを起点とする割れＣを生じることが懸念される。

【0007】

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、カーボンなど脆い材質からなるプレートの両面にゴム状弾性材料からなるガスケット本体を一体成形する際に、プレートの割れを有効に防止することの可能な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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１の発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法は、プレートの周縁に沿った部分における厚さ方向両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方法において、前記プレートのうち、このプレートを金型の分割型間に挟持して型締めすることにより画成されるガスケット成形用キャビティの間に位置する領域を、前記キャビティへ成形材料を注入するゲートの開口部との対向位置及びその近傍で相対的に厚肉となるように形成し、前記プレートの厚さ方向両側の前記キャビティを互いに連通する貫通孔を、相対的に厚肉となっている部分に位置して開設する。

【0009】

上記方法によれば、プレートを金型の分割型間に挟持して型締めすることによりプレートの周縁に沿った部分における厚さ方向両側に画成されるガスケット成形用のキャビティに、ゲートから成形材料を注入することによって、プレートの周縁に沿った部分における厚さ方向両側にゴム状弾性材料からなるガスケット本体が一体成形される。型締めに際しては、前記プレートのうち、キャビティの間に位置する領域がゲートの開口部との対向位置及びその近傍で相対的に厚肉となるように形成されているので、前記プレートは、前記ゲートからの成形材料の射出圧力を、キャビティの間に位置する領域のうち相対的に厚肉となっている部分で受ける。そしてこの部分は、相対的に厚肉であることによって機械的強度が高くなっているので、前記プレートが脆い材質からなるものであっても成形材料の射出圧力による割れを生じにくくすることができる。

【0011】

上記方法によれば、貫通孔が開設された部分が相対的に厚肉であるため、貫通孔を起点とする割れを生じにくくすることができる。

【0012】

請求項２の発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法は、請求項１に記載の方法において、相対的に厚肉となっている部分が、金型の分割型間に挟持される被挟持部から延びるものである。

【0013】

上記方法によれば、相対的に厚肉の部分が、金型の分割型間に挟持される被挟持部に支持されるため、成形材料の射出圧力による割れを一層生じにくくすることができる。

【0014】

請求項３の発明に係るプレート一体ガスケットの製造方法は、請求項１又は２に記載の方法において、キャビティの延長方向の一部にこのキャビティが幅方向へ拡張した拡張部を形成し、ゲートを前記拡張部へ向けて開口させ、プレートのうち、キャビティの間に位置する領域における相対的に厚肉の部分を、前記拡張部に位置するように形成するものである。

【0015】

上記方法によれば、プレートのうち、キャビティの間に位置する領域における相対的に厚肉の部分の機械的強度が一層高まる。

【発明の効果】

【0016】

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、カーボンなど脆い材質からなるプレートの両面にゴム状弾性材料からなるガスケット本体を一体成形する際に、ゲートからの成形材料の射出圧力によるプレートの割れを有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】プレート一体ガスケットの製造方法の第一の実施の形態を示す金型の型締め状態の部分断面図である。

【図2】第一の実施の形態により製造されたプレート一体ガスケットを示す部分断面図である。

【図3】プレート一体ガスケットの製造方法の第二の実施の形態を示す金型の型締め状態の部分断面図である。

【図4】プレート一体ガスケットの製造方法の第三の実施の形態を示す説明図である。

【図5】図４のＡ−Ａ’線位置で切断して示す断面図である。

【図6】図４に示す第三の実施の形態の部分的な変更例を示す説明図である。

【図7】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部分断面図である。

【図8】従来の技術に係るプレート一体ガスケットの製造方法の一例を示す金型の型締め状態の部分断面図である。

【図9】図８と異なる位置で切断した金型の型締め状態の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、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ついて、図面を参照しながら説明する。

【0019】

図１は第一の実施の形態、図２は第一の実施の形態による方法で製造されたプレート一体ガスケットを示すものであって、まず図１において、参照符号１は燃料電池セルにセパレータとして組み込まれるプレート、参照符号２はこのプレート１の周縁部における厚さ方向両側に、図２に示すようにゴム状弾性材料（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３，４を一体に射出成形するための金型である。

【0020】

プレート１はカーボンで成形されたものであって、厚さ方向両面に、周縁（外周縁及び開口縁）に沿って延びる帯状溝１１，１２が互いに厚さ方向対称の断面形状で形成されており、この帯状溝１１，１２の内側の領域の厚さ方向両面には、燃料電池セルにおいて反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）などを流通させるための多数の流路溝１３，１４が形成されている。

【0021】

金型２は、プレート１を挟持可能な分割型２１，２２を備えており、すなわちプレート１を分割型２１，２２間に位置決め配置して挟持して型締めすることによって、プレート１の周縁部における厚さ方向両側の帯状溝１１，１２と、分割型２１，２２との間に、それぞれガスケット成形用のキャビティ２３，２４が画成されるようになっている。キャビティ２３，２４は、図２に示すガスケット本体３，４とネガポジ対応する断面形状を有するものであって、すなわち、それぞれプレート１の帯状溝１１，１２内へ充填された基部３１，４１と対応する基部成形部２３１，２４１と、前記基部３１，４１の幅方向中間部から山形に隆起したシールリップ３２，４２と対応するシールリップ成形部２３２，２４２からなる。双方のキャビティ２３，２４は、両キャビティ２３，２４間に開設された不図示の貫通孔を通じて互いに連通している。

【0022】

また、一方の分割型２１には、成形用液状ゴム材料の供給口であるゲート２５が開設されており、このゲート２５の下流端部の開口部２５ａは、金型２の型締めによって前記分割型２１とプレート１の帯状溝１１の間に画成される一方のキャビティ２３における基部成形部２３１の外周部２３１ａに臨む位置にある。

【0023】

プレート１は、金型２の分割型２１，２２の間に挟持して型締めすることにより画成されるキャビティ２３，２４の間となる領域、言い換えれば、帯状溝１１，１２の間の部分１５に、ゲート２５の開口部２５ａとの対向位置及びその近傍で相対的に厚肉となる厚肉部１５ａが形成されている。この厚肉部１５ａは、キャビティ２３，２４（帯状溝１１，１２）の外周側で分割型２１，２２に挟持される被挟持部１６から張り出すように形成されており、キャビティ２３，２４（帯状溝１１，１２）の延長方向すなわち図示の断面と直交する方向へ連続したものであっても良い。

【0024】

そしてプレート１へのガスケット本体３，４の一体成形に際しては、図１に示す型締め状態において、プレート１の厚さ方向両側に画成されたキャビティ２３，２４に、成形用液状ゴム材料を注入する。詳しくは、液状ゴム材料は、まず一方の分割型２１に開設されたゲート２５から一方のキャビティ２３に充填され、さらに帯状溝１１，１２の間の部分１５に開設された不図示の貫通孔を通じて他方のキャビティ２３へ充填される。

【0025】

このときプレート１は、ゲート２５の開口部２５ａからの液状ゴム材料の射出圧力を、キャビティ２３，２４（帯状溝１１，１２）の間の部分１５における厚肉部１５ａで受ける。そしてこの厚肉部１５ａは、キャビティ２３，２４（帯状溝１１，１２）の間の部分１５のうち相対的に機械的強度が高い部分であり、かつキャビティ２３，２４（帯状溝１１，１２）の外周側で分割型２１，２２に挟持された被挟持部１６に支持されているため、プレート１がカーボンで成形されたものであっても、液状ゴム材料の射出圧力による割れが有効に防止される。

【0026】

そして、キャビティ２３，２４に充填された液状ゴム材料が架橋硬化することによって、図２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３，４が成形される。

【0027】

図３は、プレート一体ガスケットの製造方法の第二の実施の形態を示すものであって、上述した第一の実施の形態と異なる点は、プレート１の厚さ方向両側のキャビティ２３，２４を互いに連通する貫通孔１７を、相対的な厚肉部１５ａに開設したことにある。また、この貫通孔１７は、ゲート２５の開口部２５ａと対向する位置にある。このようにすれば、ゲート２５からの液状ゴム材料の射出圧力による貫通孔１７を起点とする割れの発生が、有効に防止される。

【0028】

図４及び図５は、プレート一体ガスケットの製造方法の第三の実施の形態を示すものであって、先に説明した第一の実施の形態と異なる点は、キャビティ２３，２４の延長方向の一部に、このキャビティ２３，２４が幅方向外側へ拡張した拡張部２３３，２４３を形成し、ゲート２５の開口部２５ａを一方の拡張部２３３へ開口させ、プレート１のうち、キャビティ２３，２４の間の部分１５における相対的な厚肉部１５ａを、前記拡張部２３３，２４３間に位置するように形成することにある。そして前記拡張部２３３，２４３は、図５に示すように、プレート１の帯状溝１１，１２の延長方向の一部に、所定間隔でプレート１の周縁側へ向けて浅く切り欠いた切欠部１１ａ，１２ａを形成することで、型締め時に前記切欠部１１ａ，１２ａと金型の内面との間に形成され、厚肉部１５ａは、前記切欠部１１ａ，１２ａの間の部分として形成されるものである。

【0029】

また、プレート１の厚さ方向両側のキャビティ２３，２４を互いに連通する貫通孔１７は厚肉部１５ａに開設され、言い換えれば拡張部２３３，２４３内に位置して開設される。また、この貫通孔１７は、ゲート２５の開口部２５ａと対向する位置にある。

【0030】

この方法によれば、成形に際して、キャビティ２３，２４の拡張部２３３，２４３に流れ込んだ液状ゴム材料が架橋硬化した部分は、ガスケット本体３，４におけるプレート１の帯状溝１１，１２内へ充填された基部３１，４１から幅方向へ張り出した張り出し部３３，４３となる。そして、ゲート２５の開口部２５ａと対向するプレート１の厚肉部１５ａは、拡張部２３３，２４３（切欠部１１ａ，１２ａ）の立ち上がり面に囲まれるように、言い換えれば被挟持部１６に囲まれるように形成されているので、ゲート２５からの液状ゴム材料の射出圧力に対する機械的強度が一層高いものとなり、しかも、貫通孔１７付近に、架橋硬化によるゴム材料の体積収縮による「ひけ」などが発生しても、この「ひけ」はガスケット本体３，４の基部３１，４１から幅方向へ張り出した張り出し部３３，４３に生じるため、このような「ひけ」による基部３１，４１やシールリップ３２，４２への悪影響が有効に防止される。

【0031】

そして、成形されたプレート一体ガスケットは、張り出し部３３，４３以外の部分は、すべて図５に示すような断面形状となるため、均一なシール性を奏することができる。

【0032】

図６は、上述した第三の実施の形態の部分的な変更例を示すものであって、すなわち先に説明した図４の例では、プレート１の厚さ方向両側のキャビティ２３，２４を互いに連通する貫通孔１７が厚肉部１５ａ（拡張部２３３，２４３）の中間部分に開設されているのに対し、変更例では、拡張部２３３，２４３の立ち上がり面に寄せて開設されている。このようにすることで、ゲート２５からの液状ゴム材料の射出圧力に対する厚肉部１５ａの機械的強度が一層高いものとなり、ゲート２５からの液状ゴム材料の射出圧力による貫通孔１７を起点とする割れの発生が、有効に防止される。

【符号の説明】

【0033】

１ プレート
１１，１２ 帯状溝
１５ａ 厚肉部
１６ 被挟持部
１７ 貫通孔
２ 金型
２１，２２ 分割型
２３，２４ キャビティ
２３３，２４３ 拡張部
２５ ゲート
３，４ ガスケット本体
３３，４３ 張り出し部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】