(57)【要約】      （修正有）【課題】融着山と融着ガイドを有するそれぞれの個別マニホールドを射出形成した後、振動融着工法で結合して多層構造で製作する燃料電池用マニホールドの製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池用マニホールドの製造方法は、複数の個別マニホールド１１５、１１６を上下積層構造で接合するために、上側個別マニホールド１１５の融着山と下側個別マニホールド１１６の融着ガイドとの間に均一なギャップを維持して互いにかみ合わされるように配置した後、下側個別マニホールド１１６を上方に加圧すると共に上側個別マニホールド１１５の左右方向に振動を与えることにより上側１１５及び下側個別マニホールド１１６を接合し、この際、上側個別マニホールド１１５は、融着山のうち、その長手方向が個別マニホールドの振動方向と一致しない非水平融着山の高さが可変的に形成されることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の個別マニホールドを上下積層構造で接合するために、一側個別マニホールドの融着山と他側個別マニホールドの融着ガイドとの間に均一なギャップを維持して互いにかみ合わされるように配置した後、前記他側個別マニホールドを加圧すると共に前記他側個別マニホールドの左右方向に振動を与えることにより２つの個別マニホールドを接合し、
この際、前記一側個別マニホールドは、融着山のうち、その長手方向が個別マニホールドの振動方向と一致しない非水平融着山の高さが可変的に形成されることを特徴とする燃料電池用マニホールドの製造方法。
【請求項２】
前記非水平融着山は、個別マニホールドの振動方向との間の角度が徐々に減少する場合、前記角度が最も大きな一端から前記角度が最も小さな他端まで融着山の高さが徐々に低くなるように可変形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用マニホールドの製造方法。
【請求項３】
前記一側個別マニホールドは、融着山のうち、その長手方向が個別マニホールドの振動方向と一致する水平融着山は、高さを可変せずに一定の高さを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用マニホールドの製造方法。
【請求項４】
前記非水平融着山のうち、長手方向の全区間にわたって一側個別マニホールドの振動方向に対して一定の角度を形成する融着山は、高さを可変せずに一定の高さを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用マニホールドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用マニホールドの製造方法に関するものであって、より詳細には単層の個別マニホールドを積層接合して多層構造で結合する燃料電池用マニホールドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、燃料電池用マニホールドは、電気発生源のスタック側に供給するための水素、空気、冷却水の入力端の経路と出力端の経路を含む多くの内部経路（あるいは流路）で構成される。
【０００３】
これら内部経路を統合するために、いくつかの構造では互いに積み重ねるか、接合した内部経路を有する。
【０００４】
図１は、従来の燃料電池用個別マニホールドを示す模式図であり、図２は、従来の燃料電池用マニホールドを示す模式図である。
【０００５】
従来、燃料電池用マニホールドを多層構造として形成するために、図１のように上下面に個別経路１１ａを有する個別マニホールド１１を複数加工し、それぞれの個別マニホールド１１の経路加工面（個別経路１１ａが形成された上下面）に接着剤を塗布した後、圧着ボンディングして結合し、前記接着剤が硬化されると、マニホールド１０の外側に突出された接着剤を除去して図２のように製作する。
【０００６】
しかし、上記のような従来の燃料電池用マニホールドの製作方法は次のような問題がある。
【０００７】
１．マニホールドの材質と接着剤の材質の物性が異なることにより、実際、車両の環境条件下で異種材質間の体積変化の差が発生し、このような体積変化の差により接着力が低下する問題があり、そのため、長時間の運転時に接着部の気密が保持できなくなってマニホールドの耐久性が低下してマニホールドの内部経路（図２の１２参照）に異質物が流入される問題がある。
【０００８】
それによって、冷却水の流れ経路に沿って移動するイオン不純物が電気伝導度を増加させて絶縁問題や、内部経路１２を塞いで性能低下などの問題をもたらす。
【０００９】
２．個別マニホールドのボンディングに用いられた接着剤は、圧着ボンディングした後、マニホールドの外面に分布された接着剤を除去し、超音波で洗浄したにもかかわらず、実際の環境下で時間経過により接着異質物の発生量が徐々に増加する。
【００１０】
３．従来の燃料電池用マニホールドは、エポキシガラス（ｅｐｏｘｙ ｇｌａｓｓ）という材質を用いて製作されるが、前記材質の特性上、高速回転、低速移動が必須加工条件であり、このような加工条件と共に複雑な経路形状を有するため、１つの燃料電池用マニホールドを製作する時、２０日以上が必要となるなど、製作時間がたくさんかかる問題がある。
【００１１】
すなわち、従来の燃料電池用マニホールドは、経路加工に必要とする時間が非常に長いため、重量低減のための追加加工が不可能であり、時間制限条件を排除しても材質の特性上、脆性が強いため重量低減に限界がある。
【００１２】
４．エポキシガラス材質の特性上、水分吸収率の問題により湿式加工が不可能であるため、乾式加工製作において多量の微細粉が発生して作業者の健康を害する有害環境の原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−０１９８５８８号公報（２００８年８月２８日公開）
【特許文献２】特開２００９−０２２０３４１号公報（２００９年１０月１日公開）
【特許文献３】韓国特許出願１０−２０１１−００６０３５７号公報（２０１１年８月６日公開）
【特許文献４】特開２００６−０２５２８８９号公報（２００６年９月２１日公開）
【特許文献５】特開２００７−０２８３６７７号公報（２００７年１１月１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記のような点を改善するために考案したもので、融着山と融着ガイドを有するそれぞれの個別マニホールドを射出形成した後、振動融着工法により結合して多層構造で製作する燃料電池用マニホールドの製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、複数の個別マニホールドを上下積層構造で接合するために、上側個別マニホールドの融着山と下側個別マニホールドの融着ガイドとの間に均一なギャップを維持して互いにかみ合わされるように配置した後、前記下側個別マニホールドを上方に加圧すると共に前記上側個別マニホールドの左右方向に振動を与えることにより上側及び下側個別マニホールドを接合し、この際、前記上側個別マニホールドは、融着山のうち、その長手方向が個別マニホールドの振動方向と一致しない非水平融着山の高さが可変的に形成されることを特徴とする燃料電池用マニホールドの製造方法を提供する。
【００１６】
一例として、前記非水平融着山は、個別マニホールドの振動方向との間の角度が徐々に減少する場合、前記角度が最も大きな一端から前記角度が最も小さな他端まで融着山の高さが徐々に低くなるように可変形成される。
【００１７】
そして、前記上側個別マニホールドは、融着山のうち、その長手方向が個別マニホールドの振動方向と一致する水平融着山は、高さを可変せずに一定の高さを有する形態で形成される。
【００１８】
また、前記非水平融着山のうち、長手方向の全区間にわたって上側個別マニホールドの振動方向に対して一定の角度（例えば、直角）を形成する融着山は、高さを可変せずに一定の高さを有する形態で形成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による燃料電池用マニホールドの製造方法は次のような利点がある。
【００２０】
１．それぞれの個別マニホールドを接着剤を使用せずに振動融着を用いて結合することで、同一母材の結合方式で温度変化による体積変化率が同じであるため、耐久性が向上し、運転時間の経過による異質物が排出されることがない。
【００２１】
２．個別マニホールドに可変高さを有する非水平融着山を適用することで、個別マニホールドの振動方向と融着山の長手方向の不一致による品質低下を防止し、それと共に気密な融着により融着強度を確保して耐久性を増大することができる。
【００２２】
３．個別マニホールドの射出成形時に個別経路が同時に成形されることにより、製作期間が画期的に短縮されて量産性を確保することができる。
【００２３】
４．経路加工のための既存の機械加工工程及び手作業により行われる接着工程が不要であるため費用低減が可能となり、微細粉が発生しないため作業環境が改善される。
【００２４】
５．マニホールドの最小厚さの維持及び重量低減が可能であり、それによって、燃料電池の性能改善の効果がある。
【００２５】
６．多層マニホールド部に個別マニホールドあるいは別途の多層マニホールド部をさらに積層した後、振動融着により結合させることができるため、設計自由度が増加する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の燃料電池用個別マニホールドを示す図面である。
【図２】従来の燃料電池用マニホールドを示す図面である。
【図３】本発明により製作した燃料電池用マニホールドを示す図面である。
【図４】図３のマニホールドを示す側面図である。
【図５】本発明による燃料電池用マニホールドの製造方法を示す図面である。
【図６】図５のＡ部位を拡大して示す図面である。
【図７】本発明による個別マニホールドの平面構造を示す図面である。
【図８】本発明による振動融着時に個別マニホールドの振動方向と融着山の長手方向との関係を概略的に例示する図面である。
【図９】本発明による個別マニホールドにおいて、非水平融着山の一端から他端までの長手方向による可変高さを例示する図面である。
【図１０】本発明により融着接合したマニホールドの断面構造を概略的に例示する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を該当技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施するように説明する。
【００２８】
本発明は、燃料電池用マニホールドの製造方法に関するもので、マニホールドを構成する個別マニホールドをそれぞれ射出成形した後、振動融着により多層構造で結合させるが、特に射出成形時に個別マニホールドに形成される融着山に可変高さを適用して融着山の延長経路（あるいは長手方向）にかかわらず、上下の個別マニホールド間に気密な融着が行われることにより、融着強度を確保して耐久性を改善する。
【００２９】
図３は、多層構造を有する燃料電池用マニホールドを示す図面で、中央に積層された個別マニホールドの構造が示されている。図４は、図３のマニホールドを示す側面図で、個別マニホールドの隆起部が部分拡大されて示されている。
【００３０】
図３に示すように、燃料電池用マニホールド１００は複数の個別マニホールド１１０を多層構造で積層して接合した形態として製作される。
【００３１】
前記個別マニホールド１１０は、プラスチック素材を用いて射出成形されたもので、射出成形時に上下両面あるいは上下一面に多数の個別経路１１１を形成する隆起部１１２が突出された形態のものが使用され、図４に示すように、前記隆起部１１２には融着山１１３や融着ガイド１１４が形成されている。
【００３２】
前記融着山１１３と融着ガイド１１４は、個別マニホールド１１０の射出成形時に隆起部１１２と一体成形されたもので、個別マニホールド１１０の少なくとも一面に融着山１１３と融着ガイド１１４のうち１つを形成してもよく、または個別マニホールド１１０の両面にそれぞれ融着山１１３と融着ガイド１１４のうち１つを形成してもよく、または両面に融着山１１３と融着ガイド１１４を１つずつ形成してもよい。
【００３３】
図４に示すように、前記融着山１１３は隆起部１１２から一定の高さをもって突出された形態であり、前記融着ガイド１１４は隆起部１１２から一定の深さをもって陥没された形態である。
【００３４】
ここで、２つの個別マニホールド間の振動融着について説明する。
【００３５】
図５は、本発明によるマニホールドの製造方法を示す図面で、振動及び加圧を用いて上側の個別マニホールドと下側の個別マニホールドを接合する工程が示されており、図６は、図５のＡ部位を拡大して示す図面で、融着山が融着ガイド内に一定間隔をおいて挿入された形態が示されている。
【００３６】
以下、上側の個別マニホールドと下側の個別マニホールドをそれぞれ図面符号「１１５」と「１１６」と表記して説明する。
【００３７】
図５に示すように、本発明ではマニホールドの製造時に２つの個別マニホールド１１５，１１６を上下に積層して配置した後、振動及び加圧による摩擦熱を用いて上側及び下側の個別マニホールド１１５，１１６を接合させる。
【００３８】
この際、前記個別マニホールド１１５，１１６を上下に配置するに当たって、図６に示すように、上側の個別マニホールド１１５の融着山１１３と下側の個別マニホールド１１６の融着ガイド１１４が互いに一定の間隔を維持するようにして配置されるが、言い換えれば、融着山１１３と融着ガイド１１４が相互間に均一なギャップを維持して互いにかみ合わされるように配置した後、図５に示すように、下部ジグ２を用いて下側の個別マニホールド１１６を上方に加圧して上側の個別マニホールド１１５に密着させ、それと共に上部ジグ１を用いて上側の個別マニホールド１１５に振動を加えて左右方向（横方向）に繰り返し往復させる。
【００３９】
このように下側の個別マニホールド１１６が上方に加圧された状態で、上側の個別マニホールド１１５が左右に往復しながら振動することにより、その間に摩擦熱が発生し、その摩擦熱により融着山１１３と融着ガイド１１４が適切に溶融し、２つの個別マニホールド１１５，１１６が互いに接合される。
【００４０】
具体的には、下側の個別マニホールド１１６が上方に加圧されることにより、下側の融着ガイド１１４が上側の融着山１１３側に移動して前記融着山１１３と融着ガイド１１４との間のギャップが除去されると共に、摩擦熱により融着山１１３が適切に溶融されて上側の個別マニホールド１１５の隆起部１１２と下側の個別マニホールド１１６の隆起部１１２との間に融着及び面着が行われて上側及び下側の個別マニホールド１１５，１１６が互いに緊密に接合されて結合される。
【００４１】
一方、図７は、本発明による個別マニホールドの平面構造を示す図面で、個別マニホールドの一面に隆起部の延長経路が示されている。すなわち、図７には個別マニホールドの一面に様々な個別経路を形成している隆起部が示されている。
【００４２】
図７に示すように、個別マニホールド１１０には所定の個別経路を備えるために多数の隆起部１１２が様々なルートを有するように形成されている。
【００４３】
このような隆起部１１２には、隆起部１１２と同じルートを形成する融着山１１３が形成されているが、以下、図７で図面符号「１１３ａ」、「１１３ｂ」、及び「１１３ｃ」が示されているものは隆起部１１２上の融着山であると仮定して説明する。
【００４４】
図８には振動融着時に個別マニホールドの振動方向と融着山の延長経路（個別マニホールドの一面上に設けられた融着山が形成する経路）との関係が概略的に例示されている。
図７及び図８に示すように、融着山１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃは、振動融着時に個別マニホールド１１０の振動方向（あるいは往復方向）と一致する融着山１１３ａと個別マニホールド１１０の振動方向に反する（あるいは一致しない）融着山１１３ｂ，１１３ｃと、で大きく分けられる。
【００４５】
ここで、個別マニホールド１１０の振動方向と一致する融着山とは、融着山の延長経路（あるいは融着山の長手方向）が振動方向と一致する水平融着山１１３ａであり、個別マニホールド１１０の振動方向と一致しない（あるいは異なる）融着山とは、融着山の延長経路（あるいは融着山の長手方向）が振動方向と一致しない非水平融着山１１３ｂ，１１３ｃである。
【００４６】
図７に示されている融着山１１３ａは、個別マニホールド１１０の振動方向と一致するルート（あるいは長手方向）を有する水平融着山１１３ａで、図７に「振動方向と一致する融着山」と表記して示した融着山は何れも前記水平融着山１１３ａのように個別マニホールド１１０の振動方向と一致するルートを有する。
【００４７】
このような水平融着山１１３ａは、上述したような個別マニホールド１１０の振動融着過程で、言い換えれば、下側の融着ガイド１１４が上側の融着山１１３側に加圧され、前記融着山１１３と融着ガイド１１４との間のギャップが除去されて前記融着山１１３が溶融され、上側及び下側の隆起部１１２の間が融着される過程で、振動方向と融着山１１３ａの長手方向が一致することにより、振動方向と融着山１１３ａの長手方向の不一致による振動量が減少することがなく、したがって、融着時に要求される摩擦温度と溶融量を達成する。
【００４８】
それによって、前記水平融着山１１３ａは、その長手方向の全区間にわたって、高さを可変することなく同じ高さを持つように形成される。
【００４９】
図７に示されている融着山１１３ｂは、個別マニホールド１１０の振動方向と一致しないルート（あるいは長手方向）を有する非水平融着山１１３ｂで、図７に「振動方向に反する融着山」と表記して示した融着山は何れも前記非水平融着山１１３ｂのように個別マニホールドの振動方向と一致しないルートを有する。
【００５０】
このような非水平融着山１１３ｂは、上述したような個別マニホールド１１０の振動融着過程で、振動方向と融着山１１３ｂの長手方向が一致しないため、所望する方向と異なる方向に振動が発生し、それによって、振動量が減少（振動方向と融着山の長手方向が一致する水平融着山に比べて振動量が減少する）して融着時に要求される摩擦温度と溶融量を達成しにくくなる。
【００５１】
そのため、前記非水平融着山１１３ｂは、その長手方向の全区間にわたって、その高さが可変的に形成される。
【００５２】
図７に示すように、非水平融着山１１３ｂは、個別マニホールド１１０の振動方向に反する曲線形態の曲がっているルートを形成し、それによって、前記振動方向に対して一定の角度をなすようになって、振動融着時にその長手方向に沿って融着山１１３ｂに作用する振動方向及び振動量が変わる（可変される）。
【００５３】
したがって、前記非水平融着山１１３ｂの長手方向の各地点ごとに（あるいは区間ごとに）作用する振動方向及び振動量に応じて融着山の高さを可変的に適用して非水平融着山１１３ｂの高さを長手方向に沿って可変的に形成する。
【００５４】
具体的には、非水平融着山１１３ｂは、個別マニホールド１１０の振動方向と融着山の長手方向との方向差により一定でない方向に振動が加えられ、それによって、非水平融着山１１３ｂに作用する振動量が水平融着山１１３ａに比べて相対的に減少して振動融着時に到達する摩擦温度と溶融量が水平融着山に比べて減少するが、これは個別マニホールド１１０の振動方向と融着山の長手方向との間に形成される角度に起因したことであるから、非水平融着山１１３ｂの各区間あるいは各地点で、融着山１１３ｂの長手方向と個別マニホールド１１０の振動方向との間に形成される角度に応じて非水平融着山１１３ｂの高さを長手方向に沿って可変適用することにより、振動融着時に融着山１１３ｂと融着ガイド１１４との間に発生する摩擦熱が所定の摩擦温度に到達し、溶融樹脂が適正量となるようにし、結果的に融着品質を改善することができる。
【００５５】
このように可変高さを有する非水平融着山１１３ｂを適用すると、個別マニホールド１１０の振動方向と融着山１１３の長手方向が一致しないことによる品質低下を予防できるが、例えば融着山１１３と融着ガイド１１４との間の摩擦熱が所定の摩擦温度に到達しない場合や、融着山の溶融量の不足による不完全な接合を防止することができる。
【００５６】
すなわち、本発明では個別マニホールド１１０に可変高さを有する非水平融着山１１３ｂを適用することにより、振動方向と融着山の長手方向の不一致による品質低下を防止し、それと共に気密な融着により融着強度を確保して耐久性を増大することができる。
【００５７】
また、図９には非水平融着山の一端から他端まで長手方向による融着山の可変高さが例示されている。
【００５８】
非水平融着山１１３ｂの可変高さは、個別マニホールド１１０の振動方向に対して融着山の長手方向の各地点で発生する角度（個別マニホールドの振動方向と非水平融着山の長手方向との間の角度）により変わる振動量及び振動方向を考慮して選定することができる。
【００５９】
例えば、個別マニホールド１１０の振動方向と非水平融着山１１３ｂの長手方向との間の角度が非水平融着山１１３ｂの長手方向に徐々に減少する場合、図９に示すように、非水平融着山１１３ｂの高さは一端から他端まで減少するように適用される。
【００６０】
具体的には、前記非水平融着山１１３ｂは、その長手方向に個別マニホールド１１０の振動方向との間の角度差が発生することがあるが、この際、非水平融着山１１３ｂの長手方向において、個別マニホールド１１０の振動方向との間の角度が徐々に減少する区間では、角度差が最も大きな一端から角度差が最も小さな他端までその高さが徐々に低くなるように可変形成される。
【００６１】
図７に示されている融着山１１３ｃは、「振動方向に反する非水平融着山」であるが、このような非水平融着山１１３ｃ、すなわち、振動方向に直角をなす非水平融着山１１３ｃは振動方向に対して約９０°の角度を有するが、長手方向の全区間にわたって振動方向と直角をなすことで、融着山１１３ｃの全区間にわたって振動量及び振動方向が同一であり、したがって、融着山１１３ｃの長手方向に可変せず、全区間にわたって同じ高さを形成することができる。
【００６２】
ただし、振動方向に直角をなす非水平融着山１１３ｃは、水平融着山１１３ａと同じ振動が加えられる時、水平融着山１１３ａに比べて最小の振動量が発生するため、個別マニホールド１１０の融着山１１３のうち相対的に最大高さを有するように形成される。
【００６３】
すなわち、個別マニホールド１１０の融着山１１３において、水平融着山１１３ａは相対的に最小高さを有し、全区間にわって振動方向に直角をなす非水平融着山１１３ｃは最大高さを有するようになる。
【００６４】
一方、図１０は、２つの個別マニホールドを１次融着させた後、さらに他の個別マニホールドを積層して２次及び３次融着させた形態を示す例示図である。
【００６５】
本発明でマニホールドの各層を構成する個別マニホールド１１０は、それぞれ両面に融着山１１３と融着ガイド１１４のうち何れか１つあるいは両方ともを有するものが使用可能であるため、上述したように振動融着により上側及び下側の個別マニホールド１１５，１１６を接合して結合した後、図１０の（ａ）に示すように、前記下側の個別マニホールド１１６の下部に第１個別マニホールド１１７を振動融着により接合させて３層構造のマニホールドを製作でき、また、図１０の（ｂ）に示すように、前記第１個別マニホールド１１７の下部に第２個別マニホールド１１８を振動融着により接合させて４層構造のマニホールドを製作するなど、振動融着により多層構造のマニホールドを製作することができる。
【００６６】
さらに、図１０の（ｃ）に示すように、一次に振動融着して２つの個別マニホールドを接合した２つの多層マニホールド部Ｍ１，Ｍ２を２次に振動融着させることにより、４層構造のマニホールドを製作してもよい。
【００６７】
上記のような方式で繰り返し振動融着することにより、複数の個別マニホールド及び多層マニホールド部を積層接合することで、多層構造のマニホールドを容易に製作することができる。
【００６８】
このように本発明では多層マニホールドに個別マニホールドあるいは別途の多層マニホールドをさらに積層した後、振動融着で結合させることができるため、設計自由度が増加する。
【００６９】
また、本発明ではマニホールドを構成するそれぞれの個別マニホールドを従来のエポキシガラスではなく、プラスチック材質を用いて射出成形すると共に振動融着のための融着山（ａ）と融着ガイド（ｂ）、そして個別経路（ｃ）などが形成されるため、マニホールドの製作期間が短縮されて生産性が増大する効果が得られ、また、接着剤がなくても振動融着による結合構造で製作されるため、温度変化による体積変化率の差により耐久性が低下することを防止でき、それによって、結合性、耐久性、及び気密性を確保でき、個別経路への異質物の流入が抑制されて燃料電池の性能を改善することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１００  マニホールド
１１０  個別マニホールド
１１１  個別経路
１１２  隆起部
１１３  融着山
１１３ａ  水平融着山
１１３ｂ  非水平融着山（曲線形態に曲がった融着山）
１１３ｃ  非水平融着山（振動方向に直角をなす融着山）
１１４  融着ガイド
１１５  上側個別マニホールド
１１６  下側個別マニホールド
【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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