JP2007026931A

JP2007026931A - 多孔質体周縁部におけるガスケット成形方法とこれに用いる金型

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Publication number: JP2007026931A
Application number: JP2005208368A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yamamoto; 博樹山本; Yoshihiro Kurano; 慶宏蔵野; Tsutomu Ochi; 勉越智; Kazutomo Kato; 千智加藤; Daiyu Yoshikawa; 大雄吉川; Fumihiko Inui; 文彦乾; Yasuyuki Asai; 康之浅井
Original assignee: Nok Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nok Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】ＧＤＬ等の多孔質体３の周縁部にゴム等のシール材Ｇを含浸させてガスケット部４を成形する方法において、シール材Ｇの浸透領域線が波打ち状となるのを抑えることができ、もって浸透領域線を直線状に精度良く形成してシール性能を安定化させることができるガスケット成形方法を提供する。
【解決手段】多孔質体３の周縁部に含浸させたシール材Ｇを多孔質体３の面内方向へ向けて浸透させることによりガスケット部４を成形するガスケットの成形方法において、多孔質体３をインサートするキャビティ空間１４の周りに多孔質体３の周縁部に沿って溝状のシール材溜り部１５を設けるとともにシール材溜り部１５に所要数の注入ゲート１６を設けた金型１１を用い、注入ゲート１６から溝状のシール材溜り部１５へシール材Ｇを注入し、溝状のシール材溜り部１５へ注入したシール材Ｇを多孔質体３の周縁部に含浸させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多孔質体の周縁部にシール用ガスケットを成形するためのガスケット成形方法とこれに用いる金型に関するものである。多孔質体は例えば、燃料電池セルにおけるガス拡散層（ＧＤＬ）である。

燃料電池は、高分子電解質膜の両面に触媒層を設けた膜電極複合体（ＭＥＡ）を、ガス流路を設けた導電性のセパレータにて狭持した構成を単セルとし、この単セルを複数段積層したスタックからなる。そして近年では、ＭＥＡとセパレータ間のガス流れと集電効率を向上させる目的から、ＭＥＡとセパレータ間に導電性の多孔質体からなるＧＤＬが設けられている。この場合、燃料電池スタックには燃料ガスと酸化ガスをＭＥＡの両面に供給することから、ＭＥＡとセパレータの間にはガスケットを設ける。但し、ＧＤＬを配した構成では、ガスケットで押圧しただけではＧＤＬの多孔質断面からガスがリークしてしまうため、ＧＤＬの周縁部にゴム等のシール材を含浸させる手法がとられる。そして、このＧＤＬ周縁部にシール材を含浸させたものは、それ自体がガスケットとして作用させることもできる（下記特許文献１参照）。図５はこの構造の燃料電池セルを示しており、ＭＥＡ１と上下のセパレータ２間にそれぞれＧＤＬ３が配置され、多孔質体よりなるＧＤＬ３の周縁部にシール材（図上点々を付して示している）が含浸されてガスケット部４が形成されている。

しかしながら、シート状のＧＤＬ３の周縁部にシール材を含浸させる方法として、ＧＤＬ３をインサートするキャビティ空間の周縁部に注入ゲートを所要数設けた金型を用いて射出成形を行なうと、ゲートから注入されたシール材は直接、ＧＤＬ３の周縁部に含浸し、ＧＤＬ３内の空隙部をＧＤＬ３の面内方向（ＧＤＬ平面における中心部へ向けての方向）へ向けて浸透し、この浸透は各ゲートを中心として波紋状に拡がってゆくことから、浸透したシール材は図６の模式図に示すように、その浸透領域線５が円弧状となり、ＧＤＬ３全体としては波打ち状となり、このように浸透領域線５が波打ち状となったシール材はそのままの領域でガスケット部４とされることから、成形されるガスケット部４の奥行き寸法にバラツキが発生し、これにより安定したシール性能が損なわれる虞がある。尚、図６は、ＧＤＬ３をその平面より見た図であって、ＧＤＬ３の周縁部にシール材が含浸されてガスケット部４が形成されているが、上記したようにシール材の浸透が各ゲート６を中心として波紋上に拡がってゆくため、その浸透領域線５は円弧状となり、ＧＤＬ３全体としては波打ち状となってしまう様子が描かれている。

また、下記する特許文献２に、裁断したＧＤＬ（拡散層）の周辺部のほつれを防ぎ、しかも簡易な工程により量産化に優れるＧＤＬを用いた固体高分子電解質型燃料電池およびその製造方法が掲載されているが、この特許文献で論じられているのはシール材のＧＤＬ厚み方向への浸透であって、本発明のようにＧＤＬ面内方向への浸透ではない。

特開２００４−９５５６５号公報特開２００５−８５５９４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、上記ＧＤＬ等の多孔質体の周縁部にゴム等のシール材を含浸させてガスケット部を成形する方法において、シール材の浸透領域線が波打ち状となるのを抑えることができ、もって浸透領域線を直線状に精度良く形成してシール性能を安定化することができるガスケット成形方法とこれに用いる金型を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１によるガスケット成形方法は、多孔質体の周縁部に含浸させたシール材を前記多孔質体の面内方向へ向けて浸透させることによりガスケット部を成形するガスケットの成形方法において、前記多孔質体をインサートするキャビティ空間の周りに前記多孔質体の周縁部に沿って溝状のシール材溜り部を設けるとともに前記シール材溜り部に所要数の注入ゲートを設けた金型を用い、前記注入ゲートから前記溝状のシール材溜り部へシール材を注入し、前記溝状のシール材溜り部へ注入したシール材を前記多孔質体の周縁部に含浸させることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による金型は、上記した請求項１の成形方法の実施に用いる金型であって、多孔質体をインサートするキャビティ空間の周りに前記多孔質体の周縁部に沿って溝状のシール材溜り部を設けるとともに前記シール材溜り部に所要数の注入ゲートを設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項３によるガスケット成形方法は、多孔質体の周縁部に含浸させたシール材を前記多孔質体の面内方向へ向けて浸透させることによりガスケット部を成形するガスケットの成形方法において、前記多孔質体をインサートするキャビティ空間の内面に、型締め状態において前記多孔質体を圧縮して前記多孔質体の空隙率を低下させる直線状の絞り部を設けた金型を用い、前記シール材の面内方向へ向けての浸透を前記直線状の絞り部にて停止させることを特徴とする。

また、本発明の請求項４による金型は、上記した請求項３の成形方法の実施に用いる金型であって、多孔質体をインサートするキャビティ空間の内面に、型締め状態において前記多孔質体を圧縮して前記多孔質体の空隙率を低下させる直線状の絞り部を設けたことを特徴とする。

上記構成を備えた本発明の請求項１によるガスケット成形方法においては、金型の注入ゲートから注入されるシール材が一旦、溝状のシール材溜り部に貯留され、この溝状のシール材溜り部から多孔質体の周縁部へと含浸される。シール材溜り部は多孔質体の周縁部に沿って溝状に設けられていることから、シール材の含浸やその後の面内方向へ向けての浸透は、この溝状のシール材溜り部の内周縁部から相似をなすかたちにて進行し、結果、シール材の浸透領域線が波打ち状となるのを抑えることができる。したがって本発明所期の目的どおり、シール材の浸透領域線が波打ち状となるのを抑えることができ、もって浸透領域線を直線状に精度良く形成してシール性能を安定化させることができる。また、本発明の請求項２によれば、この成形方法の実施に用いるのに好適な金型が提供される。

また、上記構成を備えた本発明の請求項３によるガスケット成形方法においては、金型内にて多孔質体に含浸したシール材の面内方向へ向けての浸透が、予め金型に設けられた直線状の絞り部にて停止せしめられ、結果、シール材の浸透領域線が波打ち状となるのを抑えることができる。したがって本発明所期の目的どおり、シール材の浸透領域線が波打ち状となるのを抑えることができ、もって浸透領域線を直線状に精度良く形成してシール性能を安定化させることができる。また、本発明の請求項４によれば、この成形方法の実施に用いるのに好適な金型が提供される。

尚、本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（ａ）本発明は、ＭＥＡとセパレータに狭持されるＧＤＬの周縁部にゴム層を含浸させたＧＤＬ一体ガスケットの製造方法に係るものでもある。
（ｂ）当該製造方法は、スタックに組み込むＧＤＬの寸法よりも大きいＧＤＬシートを用意し、そのスタックに組み込む寸法形状の外周側一方面にゴム溜り部形成溝を設けた金型を用い、ゴム溜り部に設けたゲートを介して所定領域までのゴム含浸を行なう。次に、周縁部にゴムが含浸したＧＤＬをスタック組み込み形状に切り出し、ゴム溜りを含む成形代を取り除く。
（ｃ）当該製造方法によれば、ゲート痕が残らないため、ガスケットとして信頼性が向上する。また、ゴム溜りをＧＤＬ外周の形成代に設けることで、ＧＤＬ内部へのゴム含浸がＧＤＬの外側より均一に進行し、含浸部の境界部の任意制御が容易となる（図６に示したような境界部の波打ちは抑制される）。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

当該実施例に係るガスケット成形方法は、多孔質体よりなるＧＤＬ３の周縁部にゴム等のシール材を含浸させてＧＤＬ３の周縁部にガスケット部４を成形する方法であって、以下の工程を有している。尚、当該実施例は、請求項１ないし４に係る発明についての共通の実施例である。

すなわち先ず、図１に示すように、製品部３Ａの周りに、後の工程で切除する成形代部３Ｂを一体に備えたシート状のＧＤＬ３を用意する。成形代部３Ｂは製品部３Ａの周りに全周に亙って帯状に設けられており、よってＧＤＬ３は全体として製品形状よりも一回り寸法が大きく形成されている。製品部３Ａと成形代部３Ｂの境界は図上符号３Ｃをもって示されており、ＧＤＬ３はのちにこの境界線３Ｃにて切断される。

また併せて、図示するような射出成形用の金型１１を用意する。この金型１１は、上下一対の分割型１２，１３の組み合わせよりなり、パーティング面に上記ＧＤＬ３をインサートするためのキャビティ空間１４を有し、このキャビティ空間１４の内面であってＧＤＬ３の成形代部３Ｂに面する部位に溝状のシール材溜り部１５を有し、この溝状のシール材溜り部１５の底部に注入ゲート１６を有している。また、キャビティ１４空間の内面にはＧＤＬ３の製品部３Ａに面する部位に、上下一対の突起１８，１８の組み合わせよりなり、ＧＤＬ３の製品部３Ａを厚さ方向に圧縮してその空隙率を低下させるための直線状の絞り部１７が設けられている。上記溝状のシール材溜り部１５は全周に亙って直線状に設けられており、注入ゲート１６は複数がシール材溜り部１５の溝方向に沿って設けられている。また、絞り部１７はこれも全周に亙って直線状に設けられている。

次いで、上記ＧＤＬ３を金型１１のキャビティ空間１４にインサートして型締めし、図２に示すように、ゲート１６からシール材Ｇを注入する。注入されたシール材Ｇはシール材溜り部１５に貯留され、シール材溜り部１５からこれに面するＧＤＬ３の成形代部３Ｂに含浸し、更にＧＤＬ３の面内方向へ向けて製品部３Ａへと含浸する。ＧＤＬ３としては、外力に応じて収縮する特性を有するものを用いることになる。シール材Ｇとしては、液状のシリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）またはフッ素ゴム（ＦＫＭ）等を用いる。

上記成形を終了したＧＤＬ３を金型１１から取り出すと、図３に示すようになり、シール材ＧはＧＤＬ３の成形代部３Ｂおよび製品部３Ａの所定領域まで含浸および浸透せしめられている。製品部３Ａは、浸透領域線５を境として、その内側のＧＤＬ単体部（非含浸部）３Ａ_１と、外側のガスケット部（含浸部）４とに分けられ、その外側に成形代部３Ｂが配置されている。また、この成形代部３Ｂの一面上には、シール材溜り部１５によって形成されたバリ１９が一体に付着している。

次いで、上記ＧＤＬ３を、製品部３Ａと成形代部３Ｂの境界線３Ｃにてトムソン刃などにより切断し、図４に示す所望形状のＧＤＬ３を得る。

上記成形方法によると、金型１１の注入ゲート１６から注入されるシール材Ｇが一旦、溝状のシール材溜り部１５に貯留され、この溝状のシール材溜り部１５からＧＤＬ３の周縁部へと含浸される。シール材溜り部１５はＧＤＬ３の周縁部に沿って溝状に設けられていることから、シール材Ｇの含浸やその後の面内方向へ向けての浸透は、この溝状のシール材溜り部１５の内周縁部から相似をなすかたちにて進行し、よって浸透領域線５は直線状となり、波打ち状となるのを抑えることができる。

また、上記成形方法では併せて、金型１１内にてＧＤＬ３に含浸したシール材Ｇの面内方向へ向けての浸透が、予め金型１１に設けられた直線状の絞り部１７にて停止せしめられることから、これによってもシール材Ｇの浸透領域線５が波打ち状となるのを抑えることができる。ＧＤＬ３は、絞り部１７によって圧縮されることにより多孔質材料としての空隙が減少することから、流体（シール材Ｇ）の面内方向の移動が抑制されることになる。

したがってこれらのことから、シール材Ｇの浸透領域線５が波打ち状となるのを抑えることができ、もって浸透領域線５を直線状に精度良く形成してシール性能を安定化させることができる。

また、上記成形方法によると、ゲート痕がＧＤＬ３の製品部３Ａではなく、製品部３Ａから切除されるその周りの成形代部３Ｂに形成されるために、ＧＤＬ３の製品部３Ａからゲート痕を無くすことができ、ゲート痕によるシール性能の低下を抑えることもできる。

尚、上記実施例におけるＧＤＬ寸法等の数値の一例を示すと、以下のとおりである。

すなわち、縦横各２１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＧＤＬ３に対してシリコーンゴムの成形を成形温度１００℃、射出圧力３ＭＰａで行なったところ（成形代部３Ｂを含む含浸領域：１０ｍｍ）、図４（Ａ）および（Ｂ）に示す所望形状のＧＤＬ３を得ることができた。

本発明の実施例に係るガスケット成形方法の工程説明図同ガスケット成形方法の工程説明図金型から取り出した成形品の図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ線拡大断面図同成形方法によって成形されたＧＤＬの図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線拡大断面図燃料電池セルの構造説明図従来技術に係るガスケット成形方法によって成形されたＧＤＬの平面図

符号の説明

１ＭＥＡ
２セパレータ
３ＧＤＬ（多孔質体）
３Ａ製品部
３Ｂ成形代部
３Ｃ境界線
３Ａ_１ＧＤＬ単体部
４ガスケット部
５浸透領域線
１１金型
１２，１３分割型
１４キャビティ空間
１５シール材溜り部
１６注入ゲート
１７絞り部
１８突起
１９バリ
Ｇシール材

Claims

多孔質体の周縁部に含浸させたシール材を前記多孔質体の面内方向へ向けて浸透させることによりガスケット部を成形するガスケットの成形方法において、
前記多孔質体をインサートするキャビティ空間の周りに前記多孔質体の周縁部に沿って溝状のシール材溜り部を設けるとともに前記シール材溜り部に所要数の注入ゲートを設けた金型を用い、前記注入ゲートから前記溝状のシール材溜り部へシール材を注入し、前記溝状のシール材溜り部へ注入したシール材を前記多孔質体の周縁部に含浸させることを特徴とする多孔質体周縁部におけるガスケット成形方法。
請求項１の成形方法の実施に用いる金型であって、
多孔質体をインサートするキャビティ空間の周りに前記多孔質体の周縁部に沿って溝状のシール材溜り部を設けるとともに前記シール材溜り部に所要数の注入ゲートを設けたことを特徴とする金型。
多孔質体の周縁部に含浸させたシール材を前記多孔質体の面内方向へ向けて浸透させることによりガスケット部を成形するガスケットの成形方法において、
前記多孔質体をインサートするキャビティ空間の内面に、型締め状態において前記多孔質体を圧縮して前記多孔質体の空隙率を低下させる直線状の絞り部を設けた金型を用い、前記シール材の面内方向へ向けての浸透を前記直線状の絞り部にて停止させることを特徴とする多孔質体周縁部におけるガスケット成形方法。
請求項３の成形方法の実施に用いる金型であって、
多孔質体をインサートするキャビティ空間の内面に、型締め状態において前記多孔質体を圧縮して前記多孔質体の空隙率を低下させる直線状の絞り部を設けたことを特徴とする金型。