(57)【要約】【課題】  高い板厚精度にて成形することにより、成形品の品質の向上を図る。【解決手段】  成形面１４の周囲に凹部２２を有する固定金型１２と、成形面１５の周囲に固定金型１２側へ向かって突出可能な余剰材料除去部２３を備えた可動金型１３とから射出成形機１１を構成する。固定金型１２と可動金型１３との間に形成され、これら金型１２、１３の成形面１４、１５間の製品形成部Ａの外周側に余剰部Ｂを有するキャビティ１６内に、セパレータを形成する成形品材料３１を充填し、この成形品材料３１が製品形成部Ａ全体に充填されて余剰部Ｂへはみ出した後に、余剰材料除去部２３を固定金型１２側へ突出させて余剰部Ｂにはみ出した成形品材料３１を除去する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに近接離間される一対の金型間に形成されるキャビティに成形品材料を充填して射出成形品を成形する方法であって、
前記射出成形品の外形に対応する製品形成部とその外周側に余剰材料を収容可能な余剰部とを有するキャビティに成形品材料を充填し、この成形品材料が前記製品形成部全体に行き渡って前記余剰部へはみ出した後に、この余剰部にはみ出した余剰材料を除去することを特徴とする射出成形品の成形方法。
【請求項２】
前記キャビティへ充填する前記成形品材料を、前記製品形成部の中央にて充填することを特徴とする請求項１に記載の射出成形品の成形方法。
【請求項３】
前記キャビティに前記成形品材料として導電性を有する成形品材料を充填することにより、前記射出成形品として流体流路を有する燃料電池用セパレータを成形することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形品の成形方法。
【請求項４】
少なくとも一方の前記金型は、前記成形品材料の充填時に前記キャビティ内でセパレータ面方向と直交する方向に突出可能なマニホールド形成手段を有し、
該マニホールド形成手段を突出させることにより、前記流体流路と連通するマニホールドを前記セパレータ面方向と直交する方向に貫通形成する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の射出成形品の成形方法。
【請求項５】
前記余剰部における余剰材料の除去位置が、前記マニホールドの形成位置よりも外周側であることを特徴とする請求項４に記載の射出成形品の成形方法。
【請求項６】
互いに近接離間される一対の金型を備え、これら金型間に形成されるキャビティに成形品材料を充填して射出成形品を成形する射出成形機であって、
一方の前記金型は、前記射出成形品の外形に対応する製品形成部の外周側に、前記キャビティの一部を画成する凹部を備え、
他方の前記金型は、前記凹部に対向し且つ前記凹部内に突出可能な余剰材料除去部を備えることを特徴とする射出成形機。
【請求項７】
少なくとも一方の前記金型は、他方の前記金型側へ向かって突出可能な貫通孔形成手段を有することを特徴とする請求項６に記載の射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池用セパレータなどの射出成形品を成形する成形方法及び射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体高分子型の燃料電池は、電解質膜及びその両面に配置した一対の電極からなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータとで構成され、全体として積層形態とされる。
【０００３】
この種の燃料電池を構成するセパレータの製造技術としては、カーボンフィラーと樹脂からなる導電性材料を射出成形することにより成形するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１６０７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池を構成するカーボンセパレータ用の材料は、材料組成上、粘度が非常に高いため、射出成形時における材料計量が難しく、したがって、射出時における材料の充填量にばらつきが生じることがあった。
【０００５】
また、バインダとして使用する熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂から生じるガスや金型内あるいは材料に含まれている空気が成形品内にも残量することもあった。
【０００６】
これにより、成形品であるセパレータの板厚精度が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高い板厚精度にて成形することにより、品質の向上を図ることが可能な射出成形品の成形方法及び射出成形機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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の成形方法は、互いに近接離間される一対の金型間に形成されるキャビティに成形品材料を充填して射出成形品を成形する方法であって、前記射出成形品の外形に対応する製品形成部とその外周側に余剰材料を収容可能な余剰部とを有するキャビティに成形品材料を充填し、この成形品材料が前記製品形成部全体に行き渡って前記余剰部へはみ出した後に、この余剰部にはみ出した余剰材料を除去する。
【０００９】
この成形方法によれば、キャビティ内に成形品材料を充填した後、製品形成部からその外周の余剰部へはみ出した成形品材料を除去するので、製品形成部全体に成形品材料を均一に行き渡らせることができるとともに、成形品材料及びキャビティ内の空気や成形品材料にて生じるガスを製品形成部から余剰部へ送り出して除去することができる。
【００１０】
また、前記キャビティへ充填する前記成形品材料を、前記製品形成部の中央にて充填してもよい。
【００１１】
さらに、前記キャビティに前記成形品材料として導電性を有する成形品材料を充填することにより、前記射出成形品として流体流路を有する燃料電池用セパレータを成形してもよい。
【００１２】
また、少なくとも一方の前記金型は、前記成形品材料の充填時に前記キャビティ内でセパレータ面方向と直交する方向に突出可能なマニホールド形成手段を有し、該マニホールド形成手段を突出させることにより、前記流体流路と連通するマニホールドを前記セパレータ面方向と直交する方向に貫通形成してもよい。
【００１３】
また、前記余剰部における余剰材料の除去位置が、前記マニホールドの形成位置よりも外周側であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の射出成形機は、互いに近接離間される一対の金型を備え、これら金型間に形成されるキャビティに成形品材料を充填して射出成形品を成形する射出成形機であって、一方の前記金型は、前記射出成形品の外形に対応する製品形成部の外周側に、前記キャビティの一部を画成する凹部を備え、他方の前記金型は、前記凹部に対向し且つ前記凹部内に突出可能な余剰材料除去部を備える。
【００１５】
この構成によれば、キャビティ内に成形品材料を充填した後、凹部とこれに対向する余剰材料除去部との間に形成される、製品形成部よりも外側のキャビティに、製品形成部から成形品材料をはみ出させ、しかる後、余剰材料除去部を凹部内へ突出させることにより、はみ出した余剰材料を除去することができるので、製品形成部に成形品材料を均一に行き渡らせることができるとともに、成形品材料及びキャビティ内の空気や成形品材料にて生じるガスを製品形成部の外周へ送り出して除去することができる。
【００１６】
また、少なくとも一方の前記金型は、他方の前記金型側へ向かって突出可能な貫通孔形成手段を有してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る射出成形品の成形方法及び射出成形機によれば、製品形成部全体に成形品材料を均一に行き渡らせることができるとともに、成形品材料及びキャビティ内の空気や成形品材料にて生じるガスを製品形成部から余剰部あるいは凹部へ送り出して除去することができる。
【００１８】
これにより、製品の板厚のばらつきを極力抑え、高い板厚精度の高品質な成形品を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る成形方法及び射出成形機の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、燃料電池を構成するセパレータを示す斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、例えば固体高分子型の燃料電池を構成するセパレータ１は、黒鉛（カーボンを含む）等の導電材料と熱可塑性樹脂（バインダ）との混合材料からなる導電性の成形品材料を射出成形することにより製造される。
【００２２】
このセパレータ１は、その表裏各面に複数の凸部２及び凹部３が形成され、これら複数の凸部２及び凹部３は、それぞれ一方向に延在されている。そして、このセパレータ１には、その一面側にＭＥＡが配設され、凹部３が、セパレータ１の一端側にセパレータ面方向と直交する方向に貫通形成されたマニホールド４と連通され、酸化ガスまたは水素ガスが流されるガス流路（流体流路）とされる。
【００２３】
また、このセパレータ１は、隣接する他の燃料電池を構成するセパレータ１と積層されて一体化され、互いのセパレータ１の凸部２の裏面側の凹部３によって囲われた部分が、冷却水等の冷媒が通される冷媒流路（流体流路）とされる。
【００２４】
次に、上記セパレータ１を成形する射出成形機について説明する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る射出成形機を説明する概略断面図、図３は、射出成形機による成形範囲を説明する図である。
【００２６】
図２に示すように、射出成形機１１は、固定金型１２及びこの固定金型１２に対して近接離間方向へ移動可能な可動金型１３を備えており、これら固定金型１２と可動金型１３との間に、成形空間であるキャビティ１６が形成される。
【００２７】
これら固定金型１２及び可動金型１３は、それぞれセパレータ１を成形する成形面１４、１５を有している。
【００２８】
固定金型１２は、その成形面１４の中央部に、成形品材料３１が射出される射出ゲート２１を有しており、また、成形面１４の周囲には、凹部２２が形成されている。
【００２９】
可動金型１３は、成形面１５の周囲に、余剰材料除去部２３を備えている。この余剰材料除去部２３は、成形面１５に対して固定金型１２側へ突出可能とされている。これら固定金型１２に対する可動金型１３の近接離間と、可動金型１３における余剰材料除去部２３の突没とは、不図示の駆動手段により実現される。
【００３０】
また、可動金型１３の成形面１５には、成形品材料３１の充填時に当該成形面１５からキャビティ１６内でセパレータ面方向と直交する方向に突出可能なマニホールド形成部２４が設けられている。
【００３１】
そして、上記射出成形機１１では、固定金型１２と可動金型１３とから形成されるキャビティ１６が、図３に示すように、固定金型１２及び可動金型１３の成形面１４、１５間の製品形状部Ａと、その周囲の凹部２２及び余剰材料除去部２３からなる余剰部Ｂとに区画される。
【００３２】
次に、上記射出成形機１１によってセパレータ１を成形する場合について説明する。
【００３３】
図４に示すように、まず、可動金型１３を固定金型１２側へ所定位置まで移動させ、可動金型１３と固定金型１２との間の樹脂の充填空間であるキャビティ１６を閉鎖し、射出ゲート２１からキャビティ１６内へ成形品材料３１を充填する。
【００３４】
この成形品材料３１は、主体となる導電性炭素素材に、バインダとなる熱可塑性樹脂を混入させたものである。
【００３５】
導電性炭素素材としては、例えば、黒鉛、カーボンファイバー、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等が使用可能であり、また、熱可塑性樹脂としては、例えば、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が使用可能である。なお、成形品材料３１のバインダとしては、熱硬化性樹脂も使用可能である。
【００３６】
ここで、この成形品材料３１は、キャビティ１６における製品形成部Ａの容積よりも多めに充填される。
【００３７】
そして、キャビティ１６への成形品材料３１の充填が完了したら、可動金型１３を固定金型１２側へ向かってさらに移動させることにより、型締めを行う。
【００３８】
このようにすると、図５に示すように、キャビティ１６内の成形品材料３１が成形面１４、１５によって押圧されてセパレータ１の板厚とされるとともに、キャビティ１６における製品形成部Ａの全体に広がり、その一部が、固定金型１２及び可動金型１３の各成形面１４、１５の外周側（面方向外側）の余剰部Ｂへはみ出す。
【００３９】
また、このとき、バインダとして使用する熱可塑性樹脂から生じるガスや金型内あるいは成形品材料３１に含まれている空気も余剰部Ｂへ押し出される。
【００４０】
次に、可動金型１３のマニホールド形成部２４を固定金型１２の成形面１４へ向かって突出させるとともに、余剰材料除去部２３を固定金型１２側へ突出させる。
【００４１】
このようにすると、図６に示すように、マニホールド形成部２４によって、製品形成部Ａ内の成形品材料３１にマニホールド４となる貫通孔が形成されるとともに、余剰材料除去部２３によって、余剰部Ｂにはみ出した余剰な成形品材料３１が固定金型１２の凹部２２内に押し込まれるようにしてせん断される。
【００４２】
その後、製品形成部Ａ内の成形品材料３１が冷却・硬化したら、可動金型１３を固定金型１２から離間させて型開し、製品形成部Ａ内にて成形されたセパレータ１を可動金型１２から離型させて取り出す。
【００４３】
以上、説明したように、上記実施形態によれば、キャビティ１６内に成形品材料３１を充填し、製品形成部Ａからその外周の余剰部Ｂへはみ出した成形品材料３１を除去するので、製品形成部Ａの全体に成形品材料３１を均一に行き渡らせることができるとともに、成形品材料３１及びキャビティ１６内の空気や成形品材料３１にて生じるガスを製品形成部Ａから余剰部Ｂへ送り出して除去することができる。
【００４４】
これにより、製品であるセパレータ１の板厚のばらつきを極力抑え、高い板厚精度の高品質なセパレータ１を成形することができる。
【００４５】
また、固定金型１２の成形面１４の中央に設けた射出ゲート２１からキャビティ１６内へ成形品材料３１を充填するので、製品形成部Ａへ、その中央から周囲に向かって満遍なく均一に成形品材料３１を行き渡らせることができる。
【００４６】
しかも、成形時にマニホールド形成部２４を突出させることにより、極めて容易にマニホールド４を同時に形成することができ、作業工程の削減を図り、セパレータ１の低コスト化を図ることができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、可動金型１３を、成形品材料３１がセパレータ１の板厚となるまで固定金型１２側へ移動させ、その後、マニホールド４の形成及び余剰部分の除去を行ったが、可動金型１３を、成形品材料３１がセパレータ１の板厚となる少し手前まで固定金型１２側へ移動させ、マニホールド４の形成及び余剰部分の除去を行い、その後、成形品材料３１がセパレータ１の板厚となるように、可動金型１３を固定金型１２側へ移動させて型締めを行っても良い。
【００４８】
また、上記実施形態では、可動金型１３の余剰材料除去部２３を、成形面１５と面一としたが、図７に示すように、成形面１５に対して余剰材料除去部２３を多少突出させても良い。
【００４９】
以下、このように、成形面１５に対して余剰材料除去部２３を多少突出させた可動金型１３を備えた射出成形機１１によってセパレータ１を成形する場合について説明する。
【００５０】
図８に示すように、まず、可動金型１３を固定金型１２側へ所定位置まで移動させ、可動金型１３と固定金型１２との間の樹脂の充填空間であるキャビティ１６を閉鎖する。このようにすると、可動金型１３の余剰材料除去部２３と固定金型１２の周縁との間に僅かな隙間が形成される。
【００５１】
この状態において、射出ゲート２１からキャビティ１６内へ成形品材料３１を、キャビティ１６における製品形成部Ａの容積よりも多めに充填する。
【００５２】
キャビティ１６への成形品材料３１の充填が完了したら、可動金型１３の成形面１５を固定金型１２の成形面１４側へ向かって移動させることにより、型締めを行う。
【００５３】
このようにすると、図９に示すように、キャビティ１６内の成形品材料３１が成形面１４、１５によって押圧されてセパレータ１の板厚とされるとともに、キャビティ１６における製品形成部Ａの全体に広がり、その一部がガスや空気とともに、可動金型１３の余剰材料除去部２３と固定金型１２との隙間から各成形面１４、１５の外周側の余剰部Ｂへはみ出す。
【００５４】
次に、可動金型１３のマニホールド形成部２４を固定金型１２の成形面１４へ向かって突出させるとともに、余剰材料除去部２３を固定金型１２側へ突出させる。
【００５５】
このようにすると、図１０に示すように、マニホールド形成部２４によって、製品形成部Ａ内の成形品材料３１にマニホールド４となる貫通孔が形成されるとともに、余剰材料除去部２３によって、余剰部Ｂにはみ出した余剰な成形品材料３１が固定金型１２の凹部２２内に押し込まれる。
【００５６】
その後、製品形成部Ａ内の成形品材料３１が冷却・硬化したら、可動金型１３を固定金型１２から離間させて型開し、製品形成部Ａ内にて成形されたセパレータ１を可動金型１２から離型させて取り出す。
【００５７】
そして、上記の場合も、気泡の残留などの不具合なく、高い板厚精度にてセパレータ１を成形することができる。また、製品形成部Ａから余剰部Ｂにつながる隙間が狭くされるので、製品形成部Ａにおける良好な加圧状態を確保することができ、より高い板厚精度のセパレータ１を成形することができる。
【００５８】
上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれに限定するものではなく、その要旨を逸脱しない限り各種構成部品を適宜設計することができる。例えば、上記実施形態のようにカーボン等の導電材料を主体にしてこれに樹脂材料を混合させてなるセパレータだけでなく、導電性の樹脂材料を主体にしたセパレータの成形にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】燃料電池を構成するセパレータを示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る射出成形機を説明する概略断面図である。
【図３】射出成形機による成形範囲を説明する図である。
【図４】セパレータの成形の仕方を説明する射出成形機の概略断面図である。
【図５】セパレータの成形の仕方を説明する射出成形機の概略断面図である。
【図６】セパレータの成形の仕方を説明する射出成形機の概略断面図である。
【図７】本実施形態の他の射出成形機を説明する概略断面図である。
【図８】セパレータの成形の仕方を説明する射出成形機の概略断面図である。
【図９】セパレータの成形の仕方を説明する射出成形機の概略断面図である。
【図１０】セパレータの成形の仕方を説明する射出成形機の概略断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…セパレータ、４…マニホールド、１１…射出成形機、１２…固定金型（一方の金型）、１３…可動金型（他方の金型）、１６…キャビティ、２２…凹部、２３…余剰材料除去部、２４…マニホールド形成部（マニホールド形成手段、貫通孔形成手段）、３１…成形品材料、Ａ…製品形成部、Ｂ…余剰部
【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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