(57)【要約】【課題】射出成形時の樹脂圧によりサンドイッチインサートが撓んでしまう現象を容易に防止できるようにした、撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートを提供する。【解決手段】両端部にマニフォールド形成部面を有する複数のプレートを接着手段で接着させたサンドイッチインサートを備え、射出時に樹脂圧が直接作用するサンドイッチインサートの一面からその反対側面に射出金型の表面と密着される撓み防止プレートを結合させてプラスチック射出物を射出成形することにより、射出金型内で樹脂圧を受けるサンドイッチインサートを撓み防止プレートが支持することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部にマニフォールド形成部面（１０２）を有する複数のプレートを接着手段で接着させたサンドイッチインサート（１００）を備え、射出時に樹脂圧が直接作用する前記サンドイッチインサート（１００）の一面からその反対側面に射出金型（４００）の表面と密着される撓み防止プレート（２００）を結合させてプラスチック射出物（３００）を射出成形することにより、前記射出金型（４００）内で樹脂圧を受ける前記サンドイッチインサート（１００）を前記撓み防止プレート（２００）が支持することを特徴とする撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレート。
【請求項２】
前記撓み防止プレート（２００）は、大直径部（２０２）と小直径部（２０４）とが同一の径方向に垂直な厚さを有して一体に形成された形状で備えられ、前記大直径部（２０２）の底面が、前記サンドイッチインサート（１００）の最外側に位置する最外プレート（１１０）の外表面に密着されて射出されることにより、前記大直径部（２０２）と前記小直径部（２０４）間の段差部（２０６）が前記プラスチック射出物（３００）により射出されてロックされたことを特徴とする請求項１に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレート。
【請求項３】
前記撓み防止プレート（２００）は、大直径部（２０２）と小直径部（２０４）とが一体に形成され、前記大直径部（２０２）が前記小直径部（２０４）より肉厚の形状で備えられ、前記大直径部（２０２）の下端部が、前記サンドイッチインサート（１００）の最外側に位置する最外プレート（１１０）の外表面に形成された結合溝（１０５）に嵌合され、前記大直径部（２０２）と前記小直径部（２０４）間の端差部（２０６）が前記プラスチック射出物（３００）により射出されてロックされたことを特徴とする請求項１に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレート。
【請求項４】
前記撓み防止プレート（２００）は、大直径部（２０２）と小直径部（２０４）とが一体に形成され、前記小直径部（２０４）が前記大直径部（２０２）より肉厚の形状で備えられ、前記大直径部（２０２）が、前記サンドイッチインサート（１００）の最外側に位置する最外プレート（１１０）の外表面に形成された結合溝（１０５）に嵌合され、前記大直径部（２０２）と前記小直径部（２０４）間の端差部（２０６）が前記プラスチック射出物（３００）により射出されてロックされたことを特徴とする請求項１に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレート。
【請求項５】
前記撓み防止プレート（２００）は、大直径部（２０２）と小直径部（２０４）とが一体に形成され、前記小直径部（２０４）が前記大直径部（２０２）より肉厚の形状で備えられ、前記大直径部（２０２）の下端部が、前記サンドイッチインサート（１００）の最外プレート（１１０）の隣に位置する第２プレート（１２０）に形成された嵌着溝（１０７）内に嵌着されると同時に、前記小直径部（２０４）が、前記最外プレート（１１０）に形成された挿入端子ホール（１０８）を通じて突出され、前記大直径部（２０２）と前記小直径部（２０４）間の端差部（２０６）が前記最外プレート（１１０）の底面に掛かってロックされたことを特徴とする請求項１に記載の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートに係り、より詳しくは、サンドイッチ構造のインサートに撓み防止プレートを組み立てて射出成形することにより、射出圧によるインサートの撓み現象を容易に防止することができるようにした、撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両に搭載される燃料電池スタックのセル単位構成を、図１０に示した。燃料電池スタックの内部に電極膜アッセンブリー（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が位置する。この電極膜アッセンブリーは、水素陽イオン（Ｐｒｏｔｏｎ）を移動させることのできる固体高分子電解質膜１０と、この電解質膜の両面に水素と酸素とが反応できるように塗布された触媒電極層、即ち、カソード１２（空気極）及びアノード１４（燃料極）とから構成される。
また、カソード１２及びアノード１４の最外部分には、ガス拡散層１６（ＧＤＬ：Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）及びガスケット１８（Ｇａｓｋｅｔ）が順に積層されて、ガス拡散層１６の外側には、燃料を供給し、反応により発生された水を排出するように流路（Ｆｌｏｗ  Ｆｉｅｌｄ）が形成された分離板２０が配置される。
【０００３】
上記のスタックのユニットセルが数百個以上積層された後、最外側には、各ユニットセルを支持して固定させるためのエンドプレート３０（Ｅｎｄ  ｐｌａｔｅ）が結合される。
この際、エンドプレート３０の内側には、スタックから発生した電気を集めて外部に送る集電板３３が取り付けられる。
したがって、スタックのアノード１４では、水素の酸化反応が進行し、水素イオン（Ｐｒｏｔｏｎ）と電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）が発生し、ここで生成した水素イオンと電子は、それぞれ電解質膜１０と分離板２０を介してカソード１２極に移動し、カソード１２極では、アノード１４極から移動した水素イオンと電子、空気中の酸素が参与する電気化学反応よって水を生成し、この電子の流れから最終的に生成された電気エネルギーは、エンドプレート３０の集電板３３を通じて、電気エネルギーを必要とするモータや電装設備に供給される。
【０００４】
上記の燃料電池スタックの構成のうち、エンドプレート３０は、上記のとおり複数個に積層された分離板２０、電極膜アッセンブリー（ＭＥＡ）、ガス拡散層（ＧＤＬ）１６などを締結する役割を有すると同時に、ユニットセルの両側に位置して各ユニットセルに一定の面圧を提供する役割を有する。
また、図９に示すとおり、従来のエンドプレート３０は、軽量化及び電気的絶縁のために、一体型金属インサート３１、プラスチック射出物３２、集電板３３から構成される。
即ち、金属インサート３１を射出金型内に配置した後、射出金型内にプラスチック射出材料を充填させることにより、金属インサート３１がプラスチック射出物３２で取り囲まれたエンドプレート３０が完成される。
【０００５】
集電板３３は、金属インサート３１と共に射出金型内に配置されて、プラスチック射出物３２により一緒に射出されるか、後でプラスチック射出物３２の内面に別途組み立てられる。
エンドプレート３０の金属インサートは、内部面圧に耐えるために高剛性特性が要求され、そのため、一般に金属材質を機械加工して製作され、また、スタックの生産電気を集電し、かつ、スタックを締結するために複雑な形状に製作される。
【０００６】
しかしながら、従来のエンドプレートの金属インサートは、一体型構造に製作されるため、以下のような短所がある。
第一に、金属インサートの軽量化のための肉抜き構造加工時、射出成形に困難がある。
即ち、エンドプレートの射出後、樹脂表面は、漏気防止のためにガスケットと密着されるために溝や凹凸が発生してはならないが、金属インサートに肉抜き構造を適用時、プラスチック射出物をなす樹脂の肉厚が一定でない場合、樹脂の収縮により表面に溝や凹凸が発生する問題がある。
特に、一体型金属インサートの場合、重量減少のための肉抜き構造としてポケット加工をする場合、射出物の肉厚を一定に保持し難い問題点がある。
【０００７】
第二に、一体型金属インサートは、金属あるいは非金属素材のプレートを機械加工で切削して製作するため、製作に時間がかかり、大量生産及び原価節減が難しいという問題がある。
第三に、一体型金属インサートは、一つの素材のみを使用しなければならないため、軽量化及び剛性の改善のための異種素材の適用が困難であるという問題がある。
したがって、既存の一体型金属インサートと異なり、特定形状を有する２枚以上のプレートを積層させたサンドイッチインサートを製作し、剛性を保持すると共に軽量化を図っている。
【０００８】
しかし、サンドイッチインサートを構成する数枚のプレートのうち、真ん中に配置されるプレートは、肉抜き空間を有するものが適用されるため、プラスチック射出物でサンドイッチインサートを包み込む射出成形時、樹脂圧によりサンドイッチインサートの中央部分が撓んでしまう問題点があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−０８６０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、射出成形時の樹脂圧によりサンドイッチインサートが撓んでしまう現象を容易に防止できるようにした、撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の撓み防止プレートを有する燃料電池用エンドプレートは、両端部にマニフォールド形成部面を有する複数のプレートを接着手段で接着させたサンドイッチインサートを備え、射出時に樹脂圧が直接作用するサンドイッチインサートの一面からその反対側面に射出金型の表面と密着される撓み防止プレートを結合させてプラスチック射出物を射出成形することにより、射出金型内で樹脂圧を受けるサンドイッチインサートを撓み防止プレートが支持することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１実施例による撓み防止プレートは、大直径部と小直径部とが同一の径方向に垂直な厚さを有して一体に形成された形状で備えられ、大直径部の底面が、サンドイッチインサートの最外側に位置する最外プレートの外表面に密着されて、射出されることにより、大直径部と小直径部間の段差部がプラスチック射出物により射出されてロックされることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２実施例による撓み防止プレートは、大直径部と小直径部とが一体に形成され、大直径部が小直径部より肉厚の形状で備えられ、大直径部の下端部が、サンドイッチインサートの最外側に位置する最外プレートの外表面に形成された結合溝に嵌合され、大直径部と小直径部間の端差部がプラスチック射出物により射出されてロックされることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３実施例による撓み防止プレートは、大直径部と小直径部とが一体に形成され、小直径部が大直径部より肉厚の形状で備えられ、大直径部が、サンドイッチインサートの最外側に位置する最外プレートの外表面に形成された結合溝に嵌合され、大直径部と小直径部間の端差部がプラスチック射出物により射出されてロックされることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４実施例による撓み防止プレートは、大直径部と小直径部とが一体に形成され、小直径部が大直径部より肉厚の形状で備えられ、大直径部の下端部が、サンドイッチインサートの最外プレートの隣に位置する第２プレートに形成された嵌着溝内に嵌着されると同時に、小直径部が、最外プレートに形成された挿入端子ホールを通じて突出され、大直径部と小直径部間の端差部が最外プレートの底面に掛かってロックされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、エンドプレートのインサートを、数個のプレートが積層されたサンドイッチインサートを採択すると同時に、サンドイッチインサートに撓み防止プレートを締結して、射出金型内で撓み防止プレートがサンドイッチインサートを支持する役割をするようにすることにより、射出工程時、サンドイッチインサートに作用する樹脂圧力により、サンドイッチインサートが撓んでしまう現象を容易に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されて射出成形されることを示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されて射出成形されることを示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
【図６】本発明の第３実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されて射出成形されることを示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
【図８】本発明の第４実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されて射出成形されることを示す断面図である。
【図９】従来のエンドプレートを示す斜視図である。
【図１０】燃料電池スタックのセル単位構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１、３、５、７は、本発明の実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
本発明は、両端部に水素／空気／冷却水が流れるマニフォールド部が形成されたサンドイッチインサート１００と、サンドイッチインサート１００をプラスチック射出材で包み込みながら射出されたプラスチック射出物３００とから構成される燃料電池用エンドプレートを提供するもので、サンドイッチインサート１００をプラスチック射出物３００で包み込む射出工程時、サンドイッチインサート１００が射出樹脂圧により撓んでしまう現象を防止するために、サンドイッチインサート１００に撓み防止プレート２００を結合させた点に特徴がある。
【００１９】
図１、３、５、７に示したとおり、サンドイッチインサート１００は、両端部にマニフォールド形成部面１０２を有する最外プレート１１０の第１プレートと、第２プレート１２０と、第３プレート１３０と、第４プレート１４０とが接着手段により順に積層されて接合される構造で製作されて、軽量化のために、第２プレート１２０には第１肉抜き空間１２２が形成される。
このような構造で備えられたサンドイッチインサート１００を、射出金型４００の空間中央部に配置した後、射出金型の内表面とサンドイッチインサート１００の外表面間の空間にプラスチック樹脂を注入することにより、サンドイッチインサート１００の外表面がプラスチック射出物３００に包み込まれて射出成形される。
【００２０】
この際、射出金型４００内に配置されるサンドイッチインサート１００の四方角部分に形成されたピンホール内にピン（図示せず）を挿入すると同時に、ピンの両端部が射出金型の上面及び底面に密着支持されるようにすることにより、サンドイッチインサート１００が射出金型４００の空間中央部に配置され、サンドイッチインサート１００の外表面と射出金型４００の内表面との間に空間ができる状態に保持される。
しかし、プラスチック樹脂が射出金型４００の底部から注入される時、樹脂圧がサンドイッチインサート１００の中央領域に作用することにより、サンドイッチインサート１００の中央領域が微細に撓んでしまう現象が発生する。
本発明は、サンドイッチインサート１００の撓み現象を防止するために、サンドイッチインサート１００に撓み防止プレート２００を結合させた点にその特徴がある。
ここで、本発明による燃料電池エンドプレートのサンドイッチインサートに結合される撓み防止プレートの各実施例を説明する。
【実施例】
【００２１】
〔第１実施例〕
図１は、本発明の第１実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第１実施例による撓み防止プレート２００は、大直径部２０２と小直径部２０４とが同一の径方向に垂直な厚さを有して一体に形成された形状で備えられ、下側の大直径部２０２と上側の小直径部２０４は、帽子（ＨＡＴ）状をなしている。
このように備えられた撓み防止プレート２００は、サンドイッチインサート１００に密着されて射出金型内に共に配置される。
より詳細には、図２に示したとおり、サンドイッチインサート１００を射出金型４００の空間中央部に配置する時、撓み防止プレート２００の大直径部２０２の底面を、サンドイッチインサート１００の最外側に位置する最外プレート１１０の外表面に密着させると同時に、小直径部２０４の上面を射出金型４００の上面に密着させる。
【００２２】
次いで、射出金型４００の内表面とサンドイッチインサート１００の外表面間の空間にプラスチック樹脂を注入することにより、サンドイッチインサート１００の外表面がプラスチック射出物３００に包み込まれて射出成形される。
この際、射出成形時の樹脂圧がサンドイッチインサート１００の底面に直接作用しても、その反対面であるサンドイッチインサート１００の最外プレート１１０が撓み防止プレート２００により支えられる状態になるため、樹脂圧によりサンドイッチインサート１００が撓んでしまう現象を防止することができる。
【００２３】
このように射出成形が完了したエンドプレートを射出金型４００から脱型させると、撓み防止プレート２００の小直径部２０４の上面は、プラスチック射出物３００と同一平面をなして外部に露出した状態となる。
特に、撓み防止プレート２００の大直径部２０２と小直径部２０４間の段差部２０６がプラスチック射出物３００に包み込まれて射出されることにより、射出工程が終了した後も撓み防止プレート２００が抜けることのないロック状態になる。
一方、エンドプレートの内面側、即ち、撓み防止プレート２００の反対面には、燃料電池スタックから生産される電気を集電する集電板５００が付着される。
【００２４】
〔第２実施例〕
図３は、本発明の第２実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第２実施例による撓み防止プレート２００は、大直径部２０２と小直径部２０４とが一体に形成され、大直径部２０２が小直径部２０４より肉厚の形状で備えられ、下側の大直径部２０２と上側の小直径部２０４は、帽子（ＨＡＴ）状をなしている。
このように備えられた撓み防止プレート２００は、サンドイッチインサート１００に密着されつつ射出金型内に共に配置される。
より詳細には、図４に示したとおり、サンドイッチインサート１００を射出金型４００の空間中央部に配置する時、撓み防止プレート２００の大直径部２０２の底面を、サンドイッチインサート１００の最外側に位置する最外プレート１１０の外表面に形成された結合溝１０５に嵌合させて、小直径部２０４の上面を射出金型４００の上面に密着させる。
【００２５】
次いで、射出金型４００の内表面とサンドイッチインサート１００の外表面間の空間にプラスチック樹脂を注入することにより、サンドイッチインサート１００の外表面がプラスチック射出物３００に包み込まれて射出成形される。
この際、射出成形時の樹脂圧がサンドイッチインサート１００の底面に直接作用しても、その反対面であるサンドイッチインサート１００の最外プレート１１０が撓み防止プレート２００により支えられる状態になるため、樹脂圧によりサンドイッチインサート１００が撓んでしまう現象を防止することができる。
【００２６】
このように射出成形が完了したエンドプレートを射出金型４００から脱型させると、撓み防止プレート２００の小直径部２０４の上面は、プラスチック射出物３００と同一平面をなして外部に露出した状態となる。
特に、撓み防止プレート２００の大直径部２０２と小直径部２０４間の段差部２０６がプラスチック射出物３００に包み込まれて射出されることにより、射出工程が終了した後も撓み防止プレート２００が抜けることのないロック状態になる。
同様に、エンドプレートの内面側、即ち、撓み防止プレート２００の反対面には、燃料電池スタックから生産される電気を集電する集電板５００が付着される。
【００２７】
〔第３実施例〕
図５は、本発明の第３実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第３実施例による撓み防止プレート２００は、大直径部２０２と小直径部２０４とが一体に形成され、小直径部２０４が大直径部２０２より肉厚の形状で備えられ、下側の大直径部２０２と上側の小直径部２０４は、帽子（ＨＡＴ）状をなしている。
図６に示したとおり、サンドイッチインサート１００を射出金型４００の空間中央部に配置する時、撓み防止プレート２００の大直径部２０２全体を、サンドイッチインサート１００の最外側に位置する最外プレート１１０の外表面に形成された結合溝１０５に嵌合させて、小直径部２０４の上面を射出金型４００の上面に密着させる。
以後の工程は、第３実施例と同様に進行されるため、その説明を省く。
【００２８】
〔第４実施例〕
図７は、本発明の第４実施例による燃料電池用エンドプレートの金属インサートに撓み防止プレートが結合されることを示す分離斜視図である。
第４実施例による撓み防止プレート２００は、大直径部２０２と小直径部２０４とが一体に形成されるが、小直径部２０４が大直径部２０２より肉厚の形状で備えられ、下側の大直径部２０２と上側の小直径部２０４は、帽子（ＨＡＴ）状をなしている。
図８に示したとおり、サンドイッチインサート１００を射出金型４００の空間中央部に配置する時、大直径部２０２の下端部を、サンドイッチインサート１００の最外プレートの隣に位置する第２プレート１２０に形成された嵌着溝１０７内に嵌着させると同時に、小直径部２０４を、最外プレート１１０に形成された挿入端子ホール１０８を通じて突出するようにする。
この際、撓み防止プレート２００の大直径部２０２と小直径部２０４間の端差部２０６が最外プレート１１０の底面に掛かってロックされる状態になる。
【００２９】
したがって、射出成形時の樹脂圧がサンドイッチインサート１００の底面に直接作用しても、その反対面であるサンドイッチインサート１００の最外プレート１１０が撓み防止プレート２００の小直径部２０４により支えられる状態になるため、樹脂圧によりサンドイッチインサート１００が撓んでしまう現象を防止することができる。
このように射出成形が完了したエンドプレートを射出金型４００から脱型させると、撓み防止プレート２００の小直径部２０４の上面は、プラスチック射出物３００と同一平面をなして外部に露出した状態となる。
【００３０】
上記のとおり、撓み防止プレート２００の大直径部２０２と小直径部２０４間の段差部２０６が最外プレート１１０の底面に接してロックされる状態になるため、射出工程が終了した後も撓み防止プレート２００が抜けることのないロック状態になる。
エンドプレートの内面側、即ち、撓み防止プレート２００の反対面には、燃料電池スタックから生産される電気を集電する集電板５００が付着される。
【符号の説明】
【００３１】
１０    固体高分子電解質膜
１２    カソード（空気極）
１４    アノード（燃料極）
１６    ガス拡散層（ＧＤＬ：Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）
１８    ガスケット（Ｇａｓｋｅｔ）
２０    分離板
３０    エンドプレート（Ｅｎｄ  ｐｌａｔｅ）
３１    金属インサート
３２、３００    プラスチック射出物
３３、５００    集電板
１００    サンドイッチインサート
１０２    マニフォールド形成部面
１０５    結合溝
１０７    嵌着溝
１０８    挿入端子ホール
１１０    最外プレート
１２０    第２プレート
１２２    第１肉抜き空間
１３０    第３プレート
１４０    第４プレート
２００    撓み防止プレート
２０２    大直径部
２０４    小直径部
２０６    段差部
４００    射出金型
【図１】
2013058465.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013058465.tif 000007
【図６】
2013058465.tif 000008
【図７】
2013058465.tif 000009
【図８】
2013058465.tif 000010
【図９】
2013058465.tif 000011
【図１０】
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