(57)【要約】【課題】簡単な構成で、サイクルタイムの短縮を図ることができる燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインおよびその成型方法を提供する。【解決手段】燃料電池の構成部品Ｍの表面上にガスケットを一体成形するためのもので、燃料電池の構成部品Ｍを収容してガスケット成形用のキャビティ１ａを形成する金型１およびこの金型１を開閉する型開閉機構２が複数で移動不能に配列され、各金型１のガスケット材料注入部１ｂが上方に開口するように設けられており、各金型１のガスケット材料注入部１ｂに接合されるノズル３ａを有する射出プランジャ３が金型１の上方を移動可能に設けられており、燃料電池の構成部品Ｍを各金型１のキャビティ１ａに収容し、ガスケットが成形された構成部品Ｍ’を各金型１から取り出す構成部品搬送手段４が任意の金型１のガスケット材料注入部１ｂと対応する位置に移動可能に設けられている。【選択図】図１
2010073561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の構成部品の表面上にガスケットを一体成形するためのガスケット成形ラインであって、
前記燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構が複数で移動不能に配列され、
各金型のガスケット材料注入部が上方に開口するように設けられており、
前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャが金型の上方を移動可能に設けられており、
燃料電池の構成部品を各金型のキャビティに収容し、ガスケットが成形された構成部品を各金型から取り出す構成部品搬送手段が前記複数の金型のうちの任意の金型と対応する位置に移動可能に設けられていることを特徴とする燃料電池の構成部品のガスケット成形ライン。
【請求項２】
燃料電池の構成部品の表面上にガスケットを一体成形するための方法であって、
前記燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構を移動不能に複数で配列すると共に、各金型のガスケット材料注入部を上方に開口するように設け、且つ、前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャを金型の上方で移動可能に設けておき、
構成部品搬送手段によって燃料電池の構成部品を金型のキャビティに収容し前記型開閉機構により型閉じする工程と、
金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルを前記ガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、
金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、
前記型開閉機構により型開きして構成部品搬送手段によってガスケットが成形された構成部品を金型から取り出す工程とを、各金型で行うことを特徴とする燃料電池の構成部品のガスケット成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインおよび燃料電池の構成部品のガスケット成形方法に関し、さらに詳しくは、燃料電池の構成部品の表面上にガスケットを一体成形するためのガスケット成形ラインおよびそのガスケット成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池では一般に、複数のセルを積層し、両端をエンドプレートによって挟持している。各セルの構成部品としては、電解質膜の両面に電極層を設けたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜−電極アセンブリ）と、ＭＥＡの両側に配置された多孔質のガス拡散層と、ガス拡散層へガスを流通する多孔体と、これらのＭＥＡ、ガス拡散層、多孔体を挟持するセパレータとを含んでいる。ＭＥＡとその両側に配置されたガス拡散層とにより構成される部材は、一般にＭＥＧＡと呼ばれる。燃料ガスや酸化ガスなどの燃料電池の発電に用いられる反応ガスは、セパレータを積層することにより燃料電池内部に形成されるマニホールドを流れ、多孔体、ガス拡散層を介してＭＥＡへ供給される。
【０００３】
そして、燃料電池においては、ＭＥＡにおける電解質膜と電極層との間、ＭＥＧＡにおけるＭＥＡとその両側に配置されたガス拡散層との間、単セルにおけるＭＥＧＡとセパレータと間、互いに隣接するセルのセパレータの間などにおけるマニホールドの周囲に、ガスや冷媒をシールためのガスケットが設けられる。
【０００４】
このような燃料電池の構成部品にガスケットを設ける場合には、射出成形機を使用して、金型内に燃料電池の構成部品を収容し、成形するガスケットと対応する形状のキャビティ内にガスケットの材料を注入することが一般に行われている。この場合には、金型内に燃料電池の構成部品を挿入する工程（ワークセット）が含まれる。また、ガスケットの材料は一般に液状であり、一般的な射出成形における樹脂材料と比較して、粘性が低いため（言い換えれば、流動性が高いため）その注入圧力が低く、固化に要する時間（キュアタイム）が長い傾向にある。さらに、燃料電池においては、たとえば３００〜４００枚のセルを積層することから、個々のセルの厚さが僅かでも設定と異なる場合にはセルを積層したときに全体の長さが異なることになるため、個々のセルにおいてガスケットの厚さ（高さ）を精度よく成形する必要がある。
【０００５】
ところで、射出成形機においては、たとえば特許文献１に開示されているように、複数の金型を配置したものが知られている。特許文献１には、長尺矩形状の天板を備え、前記天板上の長さ方向に複数個の金型を配列可能に構成した架台（１）と、ノズルを介して前記金型内に材料を射出する射出装置（３）と、その射出装置を前記金型の配列に沿って移動する移動手段（５）とを備えたことなどを特徴とする射出成形機が記載されている。なお、特許文献１に関する記述については、特許文献１に表記されている符号をそのまま記載する。
【０００６】
特許文献１には、複数の金型が配置されていても、射出成形機が大型化せず、金型の作業時にも作業者の安全が確保される射出成形機を提供することを目的としたものであることが記載されている（０００７）。また、特許文献１には、その発明の効果として「  本発明によれば、複数の金型を架台の水平長手方向に点在させると共に、該夫々の金型の配列方向に沿って射出装置が移動するため、複数の金型が配置されていても射出成形機が大型化することがない。さらに、射出装置が移動するので、金型の配置場所と射出装置の移動手段を分離することができるのでメンテナンスが容易になった。
また、金型は移動することがないので、金型の作業時であっても、作業者が危険にさらされることがなく、作業者の安全が確保されるようになった。」などと記載されている（００１１）。これらの記載から、特許文献１では、少なくとも金型から製品を取り出す工程を作業者が行うものと思われる。
【０００７】
また、特許文献１に記載された射出成形機では、複数個の金型が一列で天板上に配列されており、金型の下方に射出装置とその移動手段が設けられている。すなわち、特許文献１にあっては、金型の下方に射出装置とその移動手段が設けられていることから、射出装置の射出ノズルが上方に位置する金型に向かって設けられており、金型のノズルが当接される部分は下向きに開口している。
【０００８】
さらに、特許文献１の射出装置は、材料の射出と停止を制御するための弁芯を有している。特許文献１では、その図１および図９において、金型が円筒状で描かれているに過ぎず、どのような製品を成形するかなど、具体的な記載がされていない。
【０００９】
さらにまた、特許文献１には、その従来の技術として、複数の金型をターンテーブルの円周方向に沿って配置し、射出装置がそのターンテーブルの１つの金型に材料を射出する射出成形機が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１１０９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１にあっては、その実施例２において、実施例１との比較における作用・効果として、金型６，６・・・に材料を注入する際に、材料が漏れて滴下しても、射出装置３の下側に飛散してレール４ａ，４ｂ及び移動手段５を汚損することがないので、メンテナンス性が向上するなどと記載されている（００６９）。この記載から、特許文献１では、射出ノズルに弁芯を設けていても、金型の射出ノズルを当接する部分が下向きに開口していることなどにより、金型に材料を注入する際に、材料が漏れて滴下するという問題があった。さらに、燃料電池の構成部品に一体成形するガスケットの材料がシリコンゴム系で液状である場合には特に、流動性が高く固化するまでのかかる時間（キュアタイム）が長くなるため、金型から漏れて滴下する傾向が大きくなるため、燃料電池の構成部品にガスケットを成形する目的に、特許文献１に開示された射出成形機を単純に利用しすることはできないという問題があった。さらに、特許文献１では、この材料の漏れを少しでも防ぐためには、金型に射出ノズルを当接し材料を注入してから、材料が金型内で固化して金型から漏れることがない状態となるまで、金型に射出ノズルを当接させた状態に維持しなければならず、次の金型に射出ノズルを移動して材料を注入することができるようになるまで時間がかかるため、成形サイクルタイムの短縮を図ることが困難であった。
【００１２】
さらにまた、上記特許文献１における従来の技術にあっては、比較的重量の大きい金型を複数でターンテーブル上に配置し、射出装置に対してターンテーブルを回転させて金型を移動させるよう構成されているため、比較的大きなターンテーブルの回転駆動力を必要とすることから装置全体が大型化し、しかも、所定の金型を射出装置と対応する位置まで移動させるのに時間がかることからサイクルタイムの短縮を図ることができないなどの問題もあった。
【００１３】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、サイクルタイムの短縮を図ることができる燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインおよびその成型方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインに係る発明は、上記目的を達成するため、燃料電池の構成部品の表面上にガスケットを一体成形するためのガスケット成形ラインであって、前記燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構が複数で移動不能に配列され、各金型のガスケット材料注入部が上方に開口するように設けられており、前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャが金型の上方を移動可能に設けられており、燃料電池の構成部品を各金型のキャビティに収容し、ガスケットが成形された構成部品を各金型から取り出す構成部品搬送手段が前記複数の金型のうちの任意の金型と対応する位置に移動可能に設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項２の燃料電池の構成部品のガスケット成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、燃料電池の構成部品の表面上にガスケットを一体成形するための方法であって、前記燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構を移動不能に複数で配列すると共に、各金型のガスケット材料注入部を上方に開口するように設け、且つ、前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャを金型の上方で移動可能に設けておき、構成部品搬送手段によって燃料電池の構成部品を金型のキャビティに収容し前記型開閉機構により型閉じする工程と、金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルを前記ガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、前記型開閉機構により型開きして構成部品搬送手段によってガスケットが成形された構成部品を金型から取り出す工程とを、各金型で行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、複数の金型および型開閉機構が移動不能に配列され、射出プランジャが金型の上方を移動可能に設けられていることにより、各金型のガスケット材料注入部に対して射出プランジャが素早く対応する位置に移動してそのノズルを接合することができる。また、各金型のガスケット材料注入部が上方に開口するように設けられていることにより、金型にガスケット材料を注入してから固化するまで、射出プランジャのノズルを各金型のガスケット材料注入部にノズルタッチさせた状態に維持する必要がなく、したがって、一の金型に対するガスケット材料の注入が完了したら、他の金型に対してガスケット材料を注入すべく射出プランジャを移動させることができる。そのため、構成部品搬送手段によって金型に燃料電池の構成部品を金型のキャビティに収容して型開閉機構により型閉じする工程と、金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルをガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、射出プランジャのノズルをガスケット材料注入部から離間させた状態で金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、型開閉機構により型開きして構成部品搬送手段によってガスケットが成形された構成部品を金型から取り出す工程とを、各金型でそれぞれ並行して行うことが可能となる。そして、ガスケット材料がキュアタイムの長いものであっても、キャビティ内に注入されたガスケットの材料を確実に固化させる時間を確保することができる。これらのことから、本発明のガスケット成形ラインでは、確実にサイクルタイムの大幅な短縮化を図ることができる。
また、請求項２の発明によれば、燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構を移動不能に複数で配列すると共に、各金型のガスケット材料注入部を上方に開口するように設け、且つ、前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャを金型の上方で移動可能に設けておくことにより、構成部品搬送手段によって燃料電池の構成部品を金型のキャビティに収容し前記型開閉機構により型閉じする工程と、金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルを前記ガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、型開閉機構により型開きして構成部品搬送手段によってガスケットが成形された構成部品を金型から取り出す工程とを、各金型で並行して行うことが可能となるため、ガスケット材料がキュアタイムの長いものであっても、キャビティ内に注入されたガスケットの材料を確実に固化させる時間を確保することができ、確実にサイクルタイムを大幅に短縮することができる。
【００１６】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（６）項が請求項２に相当する。
【００１７】
（１）  燃料電池の構成部品の表面上にガスケットを一体成形するためのガスケット成形ラインであって、
前記燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構が複数で移動不能に配列され、
各金型のガスケット材料注入部が上方に開口するように設けられており、
前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャが金型の上方を移動可能に設けられており、
燃料電池の構成部品を各金型のキャビティに収容し、ガスケットが成形された構成部品を各金型から取り出す構成部品搬送手段が前記複数の金型のうちの任意の金型と対応する位置に移動可能に設けられていることを特徴とする燃料電池の構成部品のガスケット成形ライン。
【００１８】
（１）項の発明では、複数の金型および型開閉機構が移動不能に配列され、射出プランジャが金型の上方を移動可能に設けられていることにより、各金型のガスケット材料注入部に対して射出プランジャが素早く対応する位置に移動してそのノズルを接合することができる。また、各金型のガスケット材料注入部が上方に開口するように設けられていることにより、金型にガスケット材料を注入してから固化するまで、射出プランジャのノズルを各金型のガスケット材料注入部にノズルタッチさせた状態に維持する必要がなく、したがって、一の金型に対するガスケット材料の注入が完了したら、他の金型に対してガスケット材料を注入すべく射出プランジャを移動させることができる。そのため、構成部品搬送手段によって金型に燃料電池の構成部品を金型のキャビティに収容して型開閉機構により型閉じする工程と、金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルをガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、射出プランジャのノズルをガスケット材料注入部から離間させた状態で金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、型開閉機構により型開きして構成部品搬送手段によってガスケットが成形された構成部品を金型から取り出す工程とを、各金型でそれぞれ並行して行うことが可能となる。そして、ガスケット材料がキュアタイムの長いものであっても、キャビティ内に注入されたガスケットの材料を確実に固化させる時間を確保することができる。これらのことから、本発明のガスケット成形ラインでは、確実にサイクルタイムの大幅な短縮化を図ることができる。
【００１９】
（２）  前記金型および型開閉機構が複数列で配置されており、該金型および型開閉機構の列の間で前記構成部品搬送手段が移動可能に配置されていることを特徴とする（１）項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形ライン。
【００２０】
（２）項の発明では、（１）項に記載の発明において、金型および型開閉機構が複数列で配置されており、この金型および型開閉機構の列の間で構成部品搬送手段が移動可能に配置されていることにより、構成部品搬送手段は、いずれか一方の列の金型のキャビティに燃料電池の構成部品を収容する工程と、いずれか他方の列の金型からガスケットが成形された構成部品を取り出す工程とを確実に、しかも必要ある場合には同時に、自動で行うことができる。
【００２１】
（３）  射出プランジャがガスケットの材料を計量して必要な量のガスケットの材料だけを注入可能であるものからなることを特徴とする（１）または（２）項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形ライン。
【００２２】
（３）項の発明では、（１）または（２）項に記載の発明において、射出プランジャがガスケットの材料を計量してキャビティの容積に応じて必要な量のガスケットの材料だけを注入可能であるものからなることにより、燃料電池の構成部品にガスケットを精度よく成形することができる。
【００２３】
（４）  さらに、各金型内のキャビティを真空引きする減圧手段を備えていることを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形ライン。
【００２４】
（４）項の発明では、（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の発明において、各金型内のキャビティを減圧手段によって真空引きすることができるので、ガスケットの材料を注入するときにキャビティ内に確実に行き渡らせることができるため、精度よくガスケットを成形することができる。
【００２５】
（５）  さらに、各ガスケット材料注入部と金型のキャビティとの間にそれぞれバルブゲートを備えていることを特徴とする（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形ライン。
【００２６】
（５）項の発明では、（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の発明において、各ガスケット材料注入部と金型のキャビティとの間にそれぞれバルブゲートを備えていることにより、前記キャビティにガスケットの材料を注入するときにはバルブゲートを開くと共に、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程ではバルブゲートを閉じることが可能となり、したがって、ガスケットの材料のキャビティ内への注入と、注入完了後の保持とを確実に行うことができる。また、ガスケットの材料の注入が完了後にバルブゲートを閉じることによって、射出プランジャをその金型から離間させて次にガスケットの材料を注入する金型に向けて移動させることが可能となる。
【００２７】
（６）  燃料電池の構成部品の表面上にガスケットを一体成形するための方法であって、
前記燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構を移動不能に複数で配列すると共に、各金型のガスケット材料注入部を上方に開口するように設け、且つ、前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャを金型の上方で移動可能に設けておき、
構成部品搬送手段によって燃料電池の構成部品を金型のキャビティに収容し前記型開閉機構により型閉じする工程と、
金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルを前記ガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、
金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、
前記型開閉機構により型開きして構成部品搬送手段によってガスケットが成形された構成部品を金型から取り出す工程とを、各金型で行うことを特徴とする燃料電池の構成部品のガスケット成形方法。
【００２８】
（６）項の発明では、燃料電池の構成部品を収容してガスケット成形用のキャビティを形成する金型および該金型を開閉する型開閉機構を移動不能に複数で配列すると共に、各金型のガスケット材料注入部を上方に開口するように設け、且つ、前記各金型のガスケット材料注入部に接合されるノズルを有する射出プランジャを金型の上方で移動可能に設けておくことにより、構成部品搬送手段によって燃料電池の構成部品を金型のキャビティに収容し前記型開閉機構により型閉じする工程と、金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルを前記ガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、型開閉機構により型開きして構成部品搬送手段によってガスケットが成形された構成部品を金型から取り出す工程とを、各金型で並行して行うことが可能となるため、ガスケット材料がキュアタイムの長いものであっても、キャビティ内に注入されたガスケットの材料を確実に固化させる時間を確保することができ、確実にサイクルタイムを大幅に短縮することができる。
【００２９】
（７）  前記金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程では、前記射出プランジャのノズルをガスケット材料注入部から離間させた状態とすることを特徴とする（６）項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形方法。
【００３０】
（７）項の発明では、（６）項に記載の発明において、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程で、ガスケットの材料が金型のガスケット材料注入部から漏れないようにして射出プランジャのノズルをガスケット材料注入部から離間させた状態とすることにより、次にガスケットの材料を注入する金型へ射出プランジャを移動させることができる。そのため、金型の上方に射出プランジャを位置させてそのノズルを前記ガスケット材料注入部に接合してキャビティにガスケットの材料を注入する工程と、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程とを確実に並行して行うことが具現化できる。
【００３１】
（８）  ガスケットの材料を計量して必要な量のガスケットの材料だけを注入可能な射出プランジャを使用することを特徴とする（６）または（７）項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形方法。
【００３２】
（８）項の発明では、（６）または（７）項に記載の発明において、ガスケットの材料を計量して必要な量のガスケットの材料だけを注入可能な射出プランジャを使用することにより、ガスケットの材料を適切に注入して、ガスケットを設定された厚さなどに精度よく成形することができる。
【００３３】
（９）  前記キャビティにガスケットの材料を注入する工程で、金型内のキャビティを真空引きすることを特徴とする（６）〜（８）項のいずれか１項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形方法。
【００３４】
（９）項の発明では、（６）〜（８）項のいずれか１項に記載の発明において、キャビティにガスケットの材料を注入する工程で、金型内のキャビティを真空引きすることにより、ガスケットの材料を注入するときに確実にキャビティ内に行き渡らせることができるため、精度よくガスケットを成形することができる。
【００３５】
（１０）  さらに、各ガスケット材料注入部と金型のキャビティとの間にバルブゲートをそれぞれ設けておき、
前記キャビティにガスケットの材料を注入するときにはバルブゲートを開くと共に、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程ではバルブゲートを閉じることを特徴とする（６）〜（９）項のいずれか１項に記載の燃料電池の構成部品のガスケット成形方法。
【００３６】
（１０）項の発明では、（６）〜（９）項のいずれか１項に記載の発明において、キャビティにガスケットの材料を注入するときにはバルブゲートを開き、金型のキャビティに注入されたガスケットの材料を固化させる工程ではバルブゲートを閉じることにより、ガスケットの材料をキャビティ内に適切に注入し、また、注入されたガスケットの材料を適切に固化することができ、しかも、ガスケットの材料が金型のガスケット材料注入部から漏れないようにして射出プランジャのノズルをガスケット材料注入部から離間させた状態として、次にガスケットの材料を注入する金型へ射出プランジャを移動させ注入をさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインの実施の一形態を図１〜図６に基いて詳細に説明する。なお、図において同じ符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインは、概略、燃料電池の構成部品Ｍの表面上にガスケットを一体成形するためのものであって、燃料電池の構成部品Ｍを収容してガスケット成形用のキャビティ１ａを形成する金型１およびこの金型１を開閉する型開閉機構２が複数で移動不能に配列され、各金型１のガスケット材料注入部１ｂが上方に開口するように設けられており、各金型１のガスケット材料注入部１ｂに接合されるノズル３ａを有する射出プランジャ３が金型１の上方を移動可能に設けられており、燃料電池の構成部品Ｍを各金型１のキャビティ１ａに収容し、ガスケットが成形された構成部品Ｍ’を各金型１から取り出す構成部品搬送手段４が複数の金型１，１、・・・のうちの任意の金型１のガスケット材料注入部１ｂと対応する位置に移動可能に設けられている。
そして、さらに、本発明の燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインは、複数からなる金型１および型開閉機構２が複数列で配置されており、金型１および型開閉機構２の列と列の間で構成部品搬送手段４が移動可能に配置されている。
また、射出プランジャ３がガスケットの材料を計量して必要な量だけを注入可能であるものからなり、さらに、各金型１内のキャビティ１ａを真空引きする減圧手段５と、各金型１のガスケット材料注入部１ｂとキャビティ１ａとの間の通路１ｃを開閉制御するゲート（後述する）とを備えている。
【００３８】
図１および図２に示した実施の形態では、複数の金型１と型開閉機構２が２列で移動不能に配置されている。両列の間には、構成部品搬送手段４として、ロボット６および移動台７と、これらのロボット６および移動台７を複数の金型１および型開閉機構２の複数からなる列に沿って移動可能に支持するレール８が設けられている。この実施の形態においては、ロボット６および移動台７とこれらを移動可能に支持するレール８は、複数の金型１および型開閉機構２の複数からなる各列と対応して、２列で設けられている。金型１および型開閉機構２の周囲には、図２に示したように、防護柵９が張り巡らされている。
【００３９】
図３〜図６に示した実施の形態における金型１は、所謂竪型のもので、基盤１０上にそれぞれタイバー１１が立設されており、タイバー１１の先端には固定盤１２の角部が連結されている。そしてタイバー１１には可動盤１３が昇降移動可能に挿通されている。固定盤１２と可動盤１３の対向面には、金型１として上型１４と下型１５がそれぞれ取り付けられる。また、可動盤１３の下面には、型開閉機構として型締ラム２が接続されている。両金型１４，１５の衝合面には、燃料電池のガスケットが形成される構成部品Ｍとして、ＭＥＧＡやセパレータなどを収容し、その表面に形成するガスケットの形状に応じたキャビティ１ａが型閉じしたときに形成されるよう型彫されている。図３〜図６に示したように、固定盤１２のほぼ中央には射出プランジャ３のノズル３ａを進入させるための孔１２ａが形成されており、上型１４の上面には、射出プランジャ３のノズル３ａの先端が当接されて金型１のキャビティ１ａ内にガスケットの材料を注入するためのガスケット材料注入部１ｂが上方に開口するように形成されている。ガスケット材料注入部１ｂとキャビティ１ａとの間の通路１ｃには、ガスケットの材料の流通をＯＮ／ＯＦＦ制御するバルブゲートが設けられている。さらに、下型１５には、減圧手段を構成する真空ポンプと接続される吸気路５が、構成部品Ｍを収容するキャビティ１ａのほぼ中央に開口するように形成されている。
【００４０】
図１および図２に示した実施の形態では、各金型１の上方で射出プランジャ３を移動させるための手段として、ガントリー式移載装置１６が設けられている。ガントリー式移載装置１６は、各列の金型１の上方に平行に設けられた一対のガイドレール１７、１７と、両ガイドレール１７，１７の間に端部が移動可能に架設された桁レール１８と、桁レール１８に移動可能に設けられ射出プランジャ３をほぼ水平方向に移動可能に支持する支持部材１９とを備えてなるものである。射出プランジャ３は、ガイドレール１７に対する桁レール１８の移動と、桁レール１８に対する支持部材１９の移動により、各金型１の上方を移動して、任意の金型１のガスケット材料注入部１ｂと対応する位置の上方にノズル３ａが移動することができる。なお、本発明は、各金型１の上方で射出プランジャ３を移動させるための手段として、ガントリー式移載装置１６に限定されることはなく、他の形式のものを採用することもできる。
【００４１】
射出プランジャ３は、そのノズル３ａが金型１の上向きに開口しているガスケット材料注入部１ｂと対応するように、すなわち下方に向けられている。そして、射出プランジャ３は、支持部材１９に対してその軸方向に前進・後退移動（昇降移動）させるための昇降移動手段２０を介して、支持部材１９に支持されている。昇降移動手段２０によって射出プランジャ３は、下降移動してそのノズル３ａが金型１のガスケット材料注入部１ｂに対して当接され、また、上昇移動してそのノズル３ａが金型１のガスケット材料注入部１ｂから離間し上方に退避するよう昇降移動することができる。
【００４２】
この実施の形態では、ガスケットの材料として液状のシリコン系ゴム材料が採用される。そのため、射出プランジャ３は、たとえば、タンクに貯留された液状のガスケットの材料が供給されるシリンダ２１と、このシリンダ２１内に嵌挿されたピストンと、ピストンを制御可能に駆動してシリンダ２１内に供給された液状のガスケットの材料を正確な量だけ押出す駆動手段２２とを備えたもので、シリンダの先端にノズル３ａが形成されている。駆動手段２２は、たとえばサーボモータによって回転されるボールねじ機構などによって構成することができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることはなく、たとえば、図７〜１０に示すように、固定型２４に対して可動型２５が横方向に開閉する所謂横型のものである場合にも適用することができる。
【００４４】
次に、本発明の燃料電池の構成部品のガスケット成形方法を、以上のように構成されたガスケット成形ラインを使用する場合により、図１１を参照しながら説明する。なお、図１１に示された時間は一例であり、この例に本発明が限定されることはない。
本発明のガスケット成形方法は、概略、燃料電池の構成部品Ｍの表面上にガスケットを一体成形するためのものであって、予め、燃料電池の構成部品Ｍを収容してガスケット成形用のキャビティ１ａを形成する金型１およびこの金型１を開閉する型開閉機構２を移動不能に複数で配列すると共に、各金型１のガスケット材料注入部１ｂを上方に開口するように設け、且つ、各金型１のガスケット材料注入部１ｂに接合されるノズル３ａを有する射出プランジャ３を金型１の上方で移動可能に設けておく。そして、構成部品搬送手段４によって燃料電池の構成部品Ｍを金型１のキャビティ１ａに収容し型開閉機構２により型閉じする工程と、金型１のガスケット材料注入部１ｂの上方に射出プランジャ３を位置させてそのノズル３ａをガスケット材料注入部１ｂに接合してキャビティ１ａにガスケットの材料を注入する工程と、金型１のキャビティ１ａに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、型開閉機構２により型開きして構成部品搬送手段４によってガスケットが成形された構成部品Ｍ‘を金型１から取り出す工程とを、各金型１でそれぞれ並行して行うものである。
さらに本発明では、金型１のキャビティ１ａに注入されたガスケットの材料を固化させる工程で、射出プランジャ３のノズル３ａをガスケット材料注入部１ｂから離間させた状態とし、射出プランジャ３によりガスケットの材料を計量して必要な量だけを注入可能な射出プランジャ３を使用し、キャビティ１ａにガスケットの材料を注入する工程で、金型１内のキャビティ１ａを真空引きし、さらに、各金型１のガスケット材料注入部１ｂとキャビティ１ａとの間の通路１ｃにバルブゲートを設けておいて、キャビティ１ａにガスケットの材料を注入するときには通路１ｃのバルブゲートを開くと共に、金型１のキャビティ１ａに注入されたガスケットの材料を固化させる工程では通路１ｃのバルブゲートを閉じるものである。なお、以下の説明では、ガスケットを一体成形する前の構成部品Ｍをワークといい、ガスケットを一体成形された後の構成部品Ｍ’を製品ということもある。
【００４５】
金型１内で表面上にガスケットが一体成形される燃料電池の構成部品Ｍとしては、たとえばセパレータやＭＥＧＡなどが選択される。燃料電池の構成部品Ｍの表面上のマニホールドの周囲にガスケットを一体成形するに際しては、最初に、移動台７を投入位置Ｓに移動させて燃料電池の構成部品Ｍを載置し、ガスケットが成形された構成部品（製品）Ｍ’を搬出し終えた所定の、すなわち、これからガスケットを成形するための金型１の近傍に移動台７を移動させる。そして、移動台７上に載置された構成部品Ｍをロボット６により把持し（図１１のワーク取出し）、このロボット６を移動させて（図１１のワーク取出しＲｂ移動）、図３または図７に二点鎖線の矢印で示したように、下型１５（図３）または可動金型２５（図７）のキャビティ面にセットする（図１１のワークセット）。このとき、金型１は、図３に鎖線で示すように型開閉機構２によって下型１５が下降され上型１４から離間し、または、図７に鎖線で示すように型開閉機構２によって可動型２５が固定型２４から離間した状態とされている。続いて、構成部品Ｍを金型１に移載させたロボット６をこの金型１の近傍から移動させて（図１１のワークセットＲｂ移動）、図３に示したように型開閉機構２によって下型１５を上昇させて上型１４に衝合させ、または、図７に示したように型開閉機構２によって可動型２５を固定型２４に近接させて衝合させると（図１１の型閉じ）、金型１の内部には、構成部品Ｍを収容したキャビティ１ａが形成されることとなる。
【００４６】
続いて、減圧手段の真空ポンプを駆動して、図４または図８に矢印Ｖで示すように、吸気路５から構成部品Ｍが収容されたキャビティ１ａ内を真空引きする（図１１の真空引き）。このときまでには、射出プランジャ３は、ガントリー式移載装置１６のガイドレール１７に対する桁レール１８の移動と、桁レール１８に対する支持部材１９の移動により、図３または図７に一点鎖線の矢印で示したように、各金型１の上方を移動して、先に構成部品Ｍがキャビティ１ａ内に収容された金型１のガスケット材料注入部１ｂの上方と対応する位置に移動される（図１１の注入機移動）。
【００４７】
そして、図４または図８に示すように、昇降移動手段２０によって射出プランジャ３を下降移動させて、そのノズル３ａを金型１のガスケット材料注入部１ｂに対して当接させ（図１１のノズル前進タッチ）、射出プランジャ３のノズル３ａからガスケット材料注入部１ｂを介してキャビティ１ａ内に液状のガスケットの材料を注入する。このとき、ガスケット材料注入部１ｂとキャビティ１ａとの間の通路１ｃに設けられたバルブゲートは、ガスケットの材料が流通できるよう開いた状態（ＯＮ）に制御されている。射出プランジャ３は、キャビティ１ａ内にガスケットの材料を注入するまでに、シリンダ２１に対してピストンが駆動手段２２によって所定のストロークで正確に後退され、タンクに貯留された液状のガスケットの材料を正確な容量だけシリンダ２１内に供給されている（後述する図１１の計量を参照）。そして、キャビティ１ａ内にガスケットの材料を注入するときには、シリンダ２１に対してピストンが駆動手段２２によって所定のストロークで正確に前進され、シリンダ２１内に供給された液状のガスケットの材料を正確な容量だけノズル３ａから所定の圧力で吐出させる（図１１の注入）。
【００４８】
ガスケットの材料の注入が完了すると、ガスケット材料注入部１ｂとキャビティ１ａとの間の通路１ｃに設けられたバルブゲートが閉じるよう制御され（ＯＦＦ）、射出プランジャ３は、図５または図９に一点鎖線の矢印で示すように、昇降移動手段２０によってガスケット材料注入部１ｂからノズル３ａが離間するように上昇移動され（図１１のノズル後退）、その後、ガントリー式移載装置１６のガイドレール１７に対する桁レール１８の移動と、桁レール１８に対する支持部材１９の移動により、次にガスケットの材料を注入する金型１のガスケット材料注入部１ｂの上方に移動され（図１１の注入機移動）、上述したように、射出プランジャ３のシリンダ２１に対してピストンが駆動手段２２によって所定のストロークで正確に後退され、タンクに貯留された液状のガスケットの材料を正確な容量だけシリンダ２１内に供給する（図１１の計量）。そして、構成部品Ｍがセットされ型閉じされた次の金型１のガスケット材料注入部１ｂにノズルタッチして、上述したように、キャビティ１ａ内にガスケットの材料を注入する。
【００４９】
ガスケットの材料の注入が完了して通路１ｃのバルブゲートが閉じられ、射出プランジャ３のノズル３ａがガスケット材料注入部１ｂから離間するよう後退されると、金型１のキャビティ１ａの周囲に設けられたヒータなどによって加熱した状態を所定時間維持するなどにより、液状であったガスケットの材料を固化させる（図１１のキュア）。
【００５０】
ガスケットの材料が固化して構成部品の表面にガスケットが一体成形されると、図６に示すように型締機構２によって下型１５を上型１４から離間させるように下降移動させ、または図１０に示すように型締機構２によって可動型２５を固定型２４から離間させるように移動させて型開きし（図１１の型開き）、表面にガスケットが一体成形された構成部品Ｍ’をエジェクタ機構などによって下型１５または可動型２５から押出して（図１１の製品押出し）、ロボット６によって把持して金型１から取り出し、移動台７に移載して、移動台７を搬出位置に移動させる。
【００５１】
本発明では、金型１および型開閉機構２を移動不能に配置して、射出プランジャ３を金型１の上方で移動させることとしたため、射出プランジャ３のノズル３ａを金型１のガスケット材料注入部１ｂと対応する位置と対応する位置に短時間で移動させることができる。そして、各金型１のガスケット材料注入部１ｂを上方に開口させると共に、射出プランジャ３のノズル３ａを下向きに設けることにより、金型１にガスケット材料を注入してから固化するまで、射出プランジャ３のノズル３ａを各金型１のガスケット材料注入部１ｂにノズルタッチさせた状態に維持する必要がない。したがって、金型１に対するガスケット材料の注入が完了したら、その金型１から射出プランジャ３のノズル３ａを離間させて、他の金型１に対してガスケット材料を順次注入すべく射出プランジャ３を移動させることができる。そのため、構成部品搬送手段４によって金型１に燃料電池の構成部品Ｍを金型１のキャビティ１ａに自動で収容して型開閉機構２により型閉じする工程と、金型１の上方に射出プランジャ３を位置させてそのノズル３ａをガスケット材料注入部１ｂに接合してキャビティ１ａにガスケットの材料を注入する工程と、射出プランジャ３のノズル３ａをガスケット材料注入部１ｂから離間させた状態で、金型１のキャビティ１ａに注入されたガスケットの材料を固化させる工程と、型開閉機構２により型開きして構成部品搬送手段２によってガスケットが成形された構成部品Ｍ’を金型１から自動で取り出す工程とを、各金型１でそれぞれ並行して行うことが可能となる。そして、ガスケット材料がキュアタイムの長いものであっても、キャビティ１ａ内に注入されたガスケットの材料を確実に固化させる時間を確保することができる。これらのことから、本発明のガスケット成形ラインでは、確実にサイクルタイムの大幅な短縮化を図ることができる。
【００５２】
さらに、複数配置された金型１と型開閉機構２の列の間に構成部品搬送手段４を移動可能に配置することにより、いずれか一方の列の金型１のキャビティ１ａに燃料電池の構成部品Ｍを収容する工程と、いずれか他方の列の金型１からガスケットが成形された構成部品Ｍ’を取り出す工程とを確実に、しかも必要ある場合には両工程を同時に、自動で行うことができる。
【００５３】
また、射出プランジャ３がガスケットの材料を計量して必要な量のガスケットの材料だけを注入可能であるものからなることにより、燃料電池の構成部品Ｍにガスケットを精度よく成形することができる。
【００５４】
さらにまた、各金型１内のキャビティ１ａ内にガスケットの材料を注入するときに、減圧手段５によって真空引きすることにより、キャビティ１ａ内にガスケットの材料を確実に行き渡らせることができるため、精度よくガスケットを成形することができる。
【００５５】
各ガスケット材料注入部１ｂと金型１のキャビティ１ａとの間の通路１ｃ上にそれぞれバルブゲートを設けることにより、キャビティ１ａにガスケットの材料を注入するときにはバルブゲートを開き、金型１のキャビティ１ａに注入されたガスケットの材料を固化させる工程ではバルブゲートを閉じることが可能となり、したがって、ガスケットの材料のキャビティ１ａ内への注入と、注入完了後の保持とを確実に行うことができる。また、ガスケットの材料の注入が完了後にバルブゲートを閉じることによって、射出プランジャ３をその金型１から離間させて次にガスケットの材料を注入する別の金型１に向けて移動させることが確実に可能となる。
なお、本発明は、ガスケットが一体成形される燃料電池の構成部品Ｍとして、セパレータやＭＥＧＡに限定されることはなく、他の構成部品にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による燃料電池の構成部品のガスケット成形ラインを説明するため概略で示した斜視図である。
【図２】図１の正面の平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態において、金型内のキャビティに燃料電池の構成部品を収容し、所定の金型のガスケット材料注入部の上方に射出プランジャを移動させた状態を説明するために示した部分断面図である。
【図４】図３の状態から、ノズルタッチさせると共に、キャビティ内を真空引きして、ガスケットの材料を注入する状態を説明するために示した部分断面図である。
【図５】図４の状態から射出プランジャを金型から離間させて他の金型へと移動させる状態を説明するために示した部分断面図である。
【図６】図５の状態から型開きして製品を取り出す状態を説明するために示した部分断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態において、金型内のキャビティに燃料電池の構成部品を収容し、所定の金型のガスケット材料注入部の上方に射出プランジャを移動させた状態を説明するために示した部分断面図である。
【図８】図７の状態から、ノズルタッチさせると共に、キャビティ内を真空引きして、ガスケットの材料を注入する状態を説明するために示した部分断面図である。
【図９】図８の状態から射出プランジャを金型から離間させて他の金型へと移動させる状態を説明するために示した部分断面図である。
【図１０】図９の状態から型開きして製品を取り出す状態を説明するために示した部分断面図である。
【図１１】本発明による燃料電池の構成部品のガスケット成形方法の実施の一形態を説明するために示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１：金型、  １ａ：キャビティ、  １ｂ：ガスケット材料注入部、  ２：型開閉機構、  ３：射出プランジャ、  ３ａ：ノズル、  ４：構成部品搬送手段、  ５：吸気路（減圧手段）、  Ｍ：燃料電池の構成部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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