(57)【要約】【課題】金属樹脂一体成形品において、インサート成形後の樹脂部の寸法精度を高めて製品毎のばらつきを小さく抑えられるようにする。【解決手段】スタックマニホールドの製造装置は、エンドプレート３がセットされる金型８，９と、それら金型８，９内に溶融した樹脂を射出する射出部７と、その射出部７からの樹脂の射出を制御する制御部１０とを備える。更に、同装置は、金型８、９内にセットされたエンドプレート３に接触して同エンドプレート３の温度を検出するセンサ１２と、金型９に設けられてセンサ１２を保持するとともに金型９とセンサ１２との間の断熱を行う断熱ブロック１３と、を備える。金型８，９は、設定温度に加熱されるものとされる。更に、制御部１０は、センサ１２によって検出された温度が上記設定温度になったとき、金型８，９内に射出部７から溶融した樹脂を射出するよう構成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部品がセットされる金型と、その金型内に溶融した樹脂を射出する射出部と、その射出部からの前記溶融した樹脂の射出を制御する制御部とを備え、前記金属部品がセットされた前記金型内に前記射出部から前記溶融した樹脂を射出して同樹脂を固化させることにより、前記金属部品に樹脂部を形成するようにした金属樹脂一体成形品の製造装置において、
前記金型内にセットされた前記金属部品に接触して同金属部品の温度を検出するセンサと、
前記金型に設けられて前記センサを保持するとともに前記金型と前記センサとの間の断熱を行う断熱ブロックと、
を備え、
前記金型は、設定温度に加熱されるものであって、
前記制御部は、前記センサによって検出された前記金属部品の温度が前記設定温度になったとき、前記金型内に前記射出部から前記溶融した樹脂を射出するよう構成されている
ことを特徴とする金属樹脂一体成形品の製造装置。
【請求項２】
前記金型は、前記断熱ブロックに保持された前記センサを前記金型内にセットされた前記金属部品に向けて付勢する付勢部材を備えている請求項１に記載の金属樹脂一体成形品の製造装置。
【請求項３】
前記金属部品は、燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に取り付けられるエンドプレートである請求項１又は２に記載の金属樹脂一体成形品の製造装置。
【請求項４】
金属部品がセットされた金型内に溶融した樹脂を射出して同樹脂を固化させることにより、前記金属部品に樹脂部を形成するようにした金属樹脂一体成形品の製造方法において、
前記金型は、設定温度に加熱されるものとされる一方、前記金型内にセットされた前記金属部品に接触して同金属部品の温度を検出するセンサと、前記金型に設けられて前記センサを保持するとともに前記金型と前記センサとの間の断熱を行う断熱ブロックと、を備えるものであり、
前記金型内への前記溶融した樹脂の射出は、前記センサによって検出された前記金属部品の温度が前記設定温度となったときに行われる
ことを特徴とする金属樹脂一体成形品の製造方法。
【請求項５】
前記金属部品は、燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に取り付けられるエンドプレートである請求項４に記載の金属樹脂一体成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属樹脂一体成形品の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属樹脂一体成形品として、燃料電池のセルスタックに対し燃料ガス、酸化ガス、及び冷却液といった流体を給排するスタックマニホールドが知られている。そして、上記燃料電池は、スタックマニホールドを介してセルスタックに対し給排される燃料ガスと酸化ガスとを用いて発電を行う一方、スタックマニホールドを介してセルスタックに対し給排される冷却液によって冷却される。
【０００３】
スタックマニホールドは、燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に取り付けられる金属製のエンドプレート（金属部品）を備えている。このエンドプレートは、その厚さ方向の一方側にセルスタックの上記端部に接する接触面を有している。また、エンドプレートには、上記接触面に形成されている凹部の底面で開口する流路が上記流体を流すために形成されているとともに、その流路の内壁及び上記凹部の底面を覆うように樹脂部が設けられている。この樹脂部は、流路を流れる流体とエンドプレートとを絶縁するためのものである。
【０００４】
上記スタックマニホールドを製造する際には、例えば特許文献１に示されるように、エンドプレートに樹脂部を設けるためのインサート成形が行われる。すなわち、エンドプレートを予め加熱してから金型内にセットし、その後に金型内に溶融した樹脂を射出して同樹脂を固化させることにより、エンドプレートに樹脂部を形成するようにしている。なお、上述したようにエンドプレートを予め加熱するのは、金型内に溶融した樹脂を射出するとき、その金型内にセットされたエンドプレートの温度が低いと、上記樹脂が固化したときの結晶化度が弱くなり、スタックマニホールドの樹脂部に必要とされる強度を確保することが困難になるためである。
【０００５】
また、上記インサート成形においては、金型内に溶融した樹脂を射出するときのエンドプレートの温度を常に一定にしておくことが、インサート成形後のスタックマニホールド（樹脂部）の寸法精度を高めて製品毎のばらつきを抑えるうえで好ましい。この点、特許文献１では、溶融した樹脂が射出される金型内へのセット前に、予め加熱されるエンドプレートの温度をセンサ等によって計測し、その温度が予め定められた設定温度に上昇したとき同エンドプレートを金型内にセットすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８０３７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のように、センサによって検出されるエンドプレートの温度が設定温度に上昇してから、同エンドプレートを溶融した樹脂が射出される金型内にセットする場合、そのセットが完了するまでの間のエンドプレートの温度低下態様が同エンドプレートの周辺環境によって変わってくる。その結果、エンドプレートがセットされた金型内に溶融した樹脂を射出するときの同エンドプレートの温度を常に一定に保つことが難しくなり、インサート成形後の樹脂部の寸法精度が低下して製品毎のばらつきが大きくなるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、インサート成形後の樹脂部の寸法精度を高めて製品毎のばらつきを小さく抑えることができる金属樹脂一体成形品の製造装置及び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】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する金属樹脂一体成形品の製造装置は、金属部品がセットされる金型と、その金型内に溶融した樹脂を射出する射出部と、その射出部からの上記溶融した樹脂の射出を制御する制御部とを備え、金属部品がセットされた金型内に射出部から上記溶融した樹脂を射出して同樹脂を固化させることにより、上記金属部品に樹脂部を形成する。同装置は、金型内にセットされた金属部品に接触して同金属部品の温度を検出するセンサと、金型に設けられて上記センサを保持するとともに金型とセンサとの間の断熱を行う断熱ブロックと、を備える。上記金型は、設定温度に加熱されるものとされる。更に、上記制御部は、センサによって検出された金属部品の温度が上記設定温度になったとき、金型内に射出部から溶融した樹脂を射出するよう構成されている。
【００１０】
上記構成によれば、金属部品に樹脂部を設けるためのインサート成形を行うに当たり、金型が設定温度に加熱されているため、その金型内にセットされた金属部品の温度が上昇する。そして、その金属部品に接触したセンサによって検出される同金属部品の温度が上記設定温度になったとき、射出部から金型内に溶融した樹脂が射出される。上記センサは、金型に設けられた断熱ブロックに保持されることにより、金型との間での断熱が行われた状態で金属部品に接触して同金属部品の温度を検出する。このため、上記センサによって検出された温度は、金型の熱の影響を受けることによって金属部品の温度として不正確な値となることはなく、金属部品の温度として正確な値となる。従って、上記センサによって検出された金属部品の温度が設定温度となったときに金型内に溶融した樹脂を射出することにより、その射出を行うときの金属部品の温度は常に設定温度で一定となる。その結果、金属部品がセットされた金型内に溶融した樹脂を射出するときの同金属部品の温度を一定に保つことができず、それに伴いインサート成形後の樹脂部の寸法精度が低下して製品毎のばらつきが大きくなるということはなくなる。
【００１１】
上記課題を解決する金属樹脂一体成形品の製造方法では、金属部品がセットされた金型内に溶融した樹脂を射出して同樹脂を固化させることにより、金属部品に樹脂部を形成するようにしている。上記金型は、設定温度に加熱されるものとされる。更に、上記金型は、金型内にセットされた金属部品に接触して同金属部品の温度を検出するセンサと、金型に設けられて上記センサを保持するとともに金型とセンサとの間の断熱を行う断熱ブロックと、を備えるものとされる。また、上記金型内への溶融した樹脂の射出は、上記センサによって検出された金属部品の温度が上記設定温度となったときに行われる。
【００１２】
上記方法によれば、金属部品に樹脂部を設けるためのインサート成形を行うに当たり、金型が設定温度に加熱されているため、その金型内にセットされた金属部品の温度が上昇する。そして、その金属部品に接触したセンサによって検出される同金属部品の温度が上記設定温度になったとき、金型内に溶融した樹脂が射出される。上記センサは、金型に設けられた断熱ブロックに保持されることにより、金型との間での断熱が行われた状態で金属部品に接触して同金属部品の温度を検出する。このため、上記センサによって検出された温度は、金型の熱の影響を受けることによって金属部品の温度として不正確な値となることはなく、金属部品の温度として正確な値となる。従って、上記センサによって検出された金属部品の温度が設定温度となったときに金型内に溶融した樹脂を射出することにより、その射出を行うときの金属部品の温度は常に設定温度で一定となる。その結果、金属部品がセットされた金型内に溶融した樹脂を射出するときの同金属部品の温度を一定に保つことができず、それに伴いインサート成形後の樹脂部の寸法精度が低下して製品毎のばらつきが大きくなるということはなくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属樹脂一体成形品において、インサート成形後の樹脂部の寸法精度を高めて製品毎のばらつきを小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料電池のセルスタックに対するスタックマニホールドの取付態様を示す略図。
【図２】スタックマニホールドを概略的に示す平面図。
【図３】図２のスタックマニホールドを矢印Ａ−Ａ方向から見た状態を概略的に示す断面図。
【図４】スタックマニホールドの製造装置を示す略図。
【図５】同装置の金型にエンドプレートをセットした状態を示す略図。
【図６】金型における断熱ブロック及びその周辺を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、金属樹脂一体成形品であるスタックマニホールドの製造装置及びその製造方法の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池におけるセルスタック１のセル積層方向（図１の左右方向）の端部には、金属樹脂一体成形品であるスタックマニホールド２が取り付けられている。スタックマニホールド２は、燃料電池のセルスタック１に対し、水素（燃料ガス）、空気（酸化ガス）、及び冷却水（冷却液）といった流体を給排するためのものである。そして、燃料電池のセルスタック１は、スタックマニホールド２を介して給排される水素と空気とを利用して発電を行う一方、スタックマニホールド２を介して給排される冷却水によって冷却される。
【００１６】
図２及び図３に示すように、スタックマニホールド２は、燃料電池におけるセルスタック１（図１）のセル積層方向の端部に取り付けられるエンドプレート３を備えている。このエンドプレート３は、アルミニウム合金等の金属からなる金属部品であって、長方形の板状に形成されている。また、エンドプレート３は、その厚さ方向の一方側（図３の下側）にセルスタック１の上記端部に対して接する接触面３ａを有している。この接触面３ａには凹部４が形成されている。更に、エンドプレート３には、上記流体を流すための流路５が凹部４の底面４ａで開口するように形成されており、且つ、上記流路５を流れる流体とエンドプレート３とを絶縁するための樹脂部６が流路５の内壁及び凹部４の底面４ａを覆うように設けられている。
【００１７】
スタックマニホールド２（エンドプレート３）が燃料電池におけるセルスタック１の上記端部に取り付けられるとき、樹脂部６における凹部４の底面４ａを覆う部分とセルスタック１の上記端部との間には、流路５内からの流体漏れを抑制するためのシール部材が介在させられる。そして、樹脂部６における凹部４の底面４ａを覆う部分は、上述したように介在されるシール部材のことを考慮して、エンドプレート３の接触面３ａよりも同エンドプレート３の厚さ方向（図３の上下方向）の中央寄りに位置するようにされている。ちなみに、スタックマニホールド２を製造する際には、エンドプレート３に樹脂部６を設けるためのインサート成形が次のように行われる。すなわち、エンドプレート３を予め加熱してから金型８，９内にセットし、その後に金型８，９内に溶融した樹脂を射出して同樹脂を固化させることにより、エンドプレート３に樹脂部６を形成する。
【００１８】
次に、スタックマニホールド２の製造装置について説明する。
図４に示すように、同装置は、上述したインサート成形を行うためのものであって、エンドプレート３を予め加熱するための加熱部１１と、その加熱後のエンドプレート３がセットされる上記金型８，９と、それら金型８，９内に溶融した樹脂を射出する射出部７と、同射出部７からの上記溶融した樹脂の射出を制御する制御部１０と、を備えている。上記金型８と上記金型９とは、ヒータによって予め定められた設定温度に加熱されるものであって、互いに接近または離間する方向（図４の左右方向）に相対移動することが可能となっている。エンドプレート３は、加熱部１１により加熱された後、互いに離間した状態にある金型８と金型９との間に移動させられる。そして、エンドプレート３を金型８と金型９との間に配置した状態で、それら金型８と金型９とを互いに接近させることにより、金型８，９内にエンドプレート３がセットされるようになる。
【００１９】
図５は、エンドプレート３を金型８，９内にセットした状態を示している。スタックマニホールド２の製造装置は、金型８，９内にセットされたエンドプレート３に接触して同エンドプレート３の温度を検出するセンサ１２と、金型９に設けられて上記センサ１２を保持するとともに金型９とセンサ１２との間の断熱を行う断熱ブロック１３と、を備えている。また、同装置における上記制御部１０は、センサ１２からの検出信号を入力する。そして、制御部１０は、センサ１２によって検出されたエンドプレート３の温度が予め定められた上記設定温度になったとき、金型８，９内に射出部７から溶融した樹脂を射出するよう構成されている。
【００２０】
図６は、金型９における断熱ブロック１３及びその周辺を拡大して示している。断熱ブロック１３は、例えば耐熱性を有する樹脂により形成されており、エンドプレート３（金型８）に対し接近離間する方向（図６の左右方向）に変位可能に設けられている。断熱ブロック１３には、センサ１２を保持するための金属製の円筒部材１４が固定されている。この円筒部材１４に保持されたセンサ１２は、断熱ブロック１３に形成された孔１３ａを貫通してエンドプレート３側に突出している。センサ１２におけるエンドプレート３側に突出した部分には、そのエンドプレート３の温度を検出すべく同エンドプレート３に接触する検出部１２ａが設けられている。
【００２１】
また、金型９は、断熱ブロック１３をエンドプレート３（金型８）側に向けて付勢するスプリング１５を備えている。このスプリング１５は、断熱ブロック１３に保持されたセンサ１２を金型８，９内にセットされたエンドプレート３に向けて付勢する付勢部材としての役割を担う。そして、スプリング１５によりセンサ１２（断熱ブロック１３）がエンドプレート３側に付勢されることにより、センサ１２の検出部１２ａが金型８，９内にセットされたエンドプレート３に対してより確実に接触するようになる。
【００２２】
次に、スタックマニホールド２の製造方法について説明する。
スタックマニホールド２を製造する際には、上記製造装置を用いて、エンドプレート３に樹脂部６を設けるためのインサート成形が行われる。すなわち、同装置の加熱部１１（図４）によりエンドプレート３が予め加熱された後、そのエンドプレート３を互いに離間した状態にある金型８と金型９との間に移動させる。これら金型８，９は、上記設定温度に加熱されている。そして、エンドプレート３を金型８と金型９との間に配置した状態で、それら金型８と金型９とを互いに接近させることにより、金型８，９内にエンドプレート３をセットする。
【００２３】
なお、上記設定温度としては、エンドプレート３がセットされた金型８，９内に溶融した樹脂を射出して同樹脂を固化させることによりエンドプレート３に樹脂部６を形成したときの同樹脂部６の結晶度を強め、その樹脂部６に必要とされる強度を確保できる値（例えば１５０℃）を採用することが考えられる。また、加熱部１１によって予め加熱されているときのエンドプレート３の温度としては、上記設定温度と同じ温度としたり、その設定温度よりも高い温度としたりすることが考えられる。ちなみに、このときのエンドプレート３の温度を上記設定温度よりも高い温度とすれば、予め加熱されたエンドプレート３を金型８，９内にセットするまでの間に同エンドプレート３の温度が低下するとしても、金型８，９内にセットされたときのエンドプレート３の温度が上記設定温度から大きく低下することを抑制できる。
【００２４】
金型８，９内にエンドプレート３がセットされるまでの間に同エンドプレート３の温度が低下したとしても、金型８，９が上記設定温度に加熱されているため、エンドプレート３の温度は金型８，９内へのセット後に徐々に上昇してゆく。金型８，９内にセットされたエンドプレート３の温度は、同エンドプレート３に検出部１２ａを接触させたセンサ１２によって検出される。そして、センサ１２によって検出されたエンドプレート３の温度が上記設定温度になったとき、制御部１０が射出部７から金型８，９内に溶融した樹脂を射出させる。このように溶融した樹脂が金型８，９内に射出された後、その樹脂が固化することによってエンドプレート３に樹脂部６が形成される。こうしてエンドプレート３に樹脂部６が形成されると、金型８，９が互いに離間する方向に移動されて金型８と金型９との間から、樹脂部６を有するエンドプレート３が取り出される。
【００２５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）金型８，９にセットされたエンドプレート３の温度を検出するためのセンサ１２は、金型９に設けられた断熱ブロック１３に保持されることにより、金型９との間での断熱が行われた状態でエンドプレート３に接触して同エンドプレート３の温度を検出する。このため、上記センサ１２によって検出された温度は、金型９の熱の影響を受けることによってエンドプレート３の温度として不正確な値となることはなく、エンドプレート３の温度として正確な値となる。従って、上記センサ１２によって検出されたエンドプレート３の温度が設定温度となったときに金型８，９内に溶融した樹脂を射出することにより、その射出を行うときのエンドプレート３の温度は常に設定温度で一定となる。その結果、エンドプレート３がセットされた金型８，９内に溶融した樹脂を射出するときの同エンドプレート３の温度を一定に保つことができず、それに伴いインサート成形後の樹脂部６の寸法精度が低下して製品毎のばらつきが大きくなるということはなくなる。従って、スタックマニホールド２において、インサート成形後の樹脂部６の寸法精度を高めて製品毎のばらつきを小さく抑えることができる。
【００２６】
（２）金型８，９内にエンドプレート３をセットすると、金型９の断熱ブロック１３がスプリング１５によりエンドプレート３側に付勢されることにより、断熱ブロック１３に保持されたセンサ１２の検出部１２ａが、エンドプレート３に対してより確実に接触するようになる。従って、センサ１２によって検出される温度が、エンドプレート３の温度として、より正確な値となる。
【００２７】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・スタックマニホールド２以外の金属樹脂一体成形品に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…セルスタック、２…スタックマニホールド、３…エンドプレート、３ａ…接触面、４…凹部、４ａ…底面、５…流路、６…樹脂部、７…射出部、８…金型、９…金型、１０…制御部、１１…加熱部、１２…センサ、１２ａ…検出部、１３…断熱ブロック、１３ａ…孔、１４…円筒部材、１５…スプリング。
【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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