CN107208797A - 密封垫及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可提高纯橡胶型密封垫的可操作性的密封垫。为了实现该目的，该密封垫由纯橡胶型的密封垫主体以及载体膜组合而成，该载体膜由树脂膜构成，在非粘结状态下保持该密封垫主体。在载体膜的与密封垫主体在平面上重叠的部位设置有沿密封垫主体的外形形状发生变形的形状的立体部，密封垫主体的一部分收纳在立体部中。密封垫主体用作组装到燃料电池组的燃料电池用密封垫。

Description

密封垫及其制造方法
技术领域
本发明涉及与密封技术相关的密封垫及其制造方法。本发明的密封垫例如可以用作燃料电池用密封垫或者其他用途的普通密封垫。
背景技术
对于燃料电池用密封垫，存在由橡胶状弹性体(橡胶)制成的密封垫单件构成的纯橡胶型密封垫、将橡胶状弹性体制成的密封垫一体成型在隔板上的隔板一体型密封垫、将橡胶状弹性体制的密封垫一体成型在GDL(气体扩散层)上的GDL一体型密封垫等各种密封垫。
这些密封垫具有各自的特点，但是，近年来，由于强烈要求低成本化，因此能够满足该要求的纯橡胶型密封垫受到关注。
纯橡胶型密封垫例如构成为如图9所示。
即，密封垫11整体设置为平面状(平板状)，将用于在整个外周上密封燃料电池的反应面周围的外周密封部12设置为平面长方形的框状。另外，需要将燃料电池的反应面与各歧管部隔开，因此在外周密封部12的内侧(四个角部)一体成型有内侧密封部13。密封垫11的截面形状如图9(B)所示，截面呈圆形。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-60133号公报(参照图1等中的密封垫3)
但是，在该纯橡胶型的燃料电池用密封垫11中还存在以下有待改善的方面。
即，对于该燃料电池用密封垫11，通常将平面外形设置为400mm×300mm的尺寸左右，另一方面，将其截面形状(线径)较小地设定为1mm～几mm左右。由此，在运输、堆叠时容易使密封垫11单件扭曲，其可操作性(可操纵性)较差。
发明内容
本发明鉴于上述问题点，以提高纯橡胶型密封垫的可操作性为目的。
为了实现上述目的，本发明的密封垫由纯橡胶型的密封垫主体以及载体膜组合而成，该载体膜由树脂膜构成，以非粘结状态保持所述密封垫主体(权利要求1)。
在本发明中，通过由树脂膜构成的载体膜来保持纯橡胶型的密封垫主体，可以提高密封垫的可操作性。密封垫主体与载体膜非粘结，因此在堆叠时能够从载体膜上取下密封垫主体。
密封垫主体呈平面状(平板状)，由树脂膜构成的载体膜也呈平面状(平板状)，因此，在仅将密封垫主体载置到载体膜上时，可能存在无法通过载体膜稳定地保持密封垫主体的问题。由此，作为其对策，优选在载体膜的与密封垫主体在平面上重叠的部位设置沿密封垫主体的外形形状发生变形的形状的立体部，在该立体部内收纳密封垫主体的一部分，由此，能够在平面上相对于载体膜固定密封垫主体的位置，使载体膜稳定地保持密封垫主体(权利要求2)。
另外，可以考虑通过在立体部设置倒扣形状来防止密封垫主体从该立体部中拔出(权利要求3)。
不特别限定载体膜的材质，但通过使用由聚酰胺(PA)或者聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等工程塑料形成的膜，即使密封垫主体与载体膜粘结，也易于将载体膜从密封垫主体上取下(权利要求4)。
本发明的密封垫例如可以用作燃料电池用密封垫。对于燃料电池，堆叠的层数较多，因此要求密封垫的厚度较小，而厚度较小的密封垫易于扭曲，可操作性较差。由此，在厚度较小、易于扭曲的燃料电池用密封垫的领域，通过将密封垫主体与由树脂膜构成的载体膜组合可以有效提高可操作性，从而使堆叠作业高效化(权利要求5)。
作为密封垫的制造方法，依次实施下述工序：在成型密封垫主体的模具的分割部夹持平面状的载体膜的状态下将模具闭模；通过模具成型密封垫主体，此时，在成型材料填充压力下使载体膜的平面上的一部分沿模具型腔内面变形，从而成型立体部；以及在密封垫主体成型后开模，然后将密封垫主体以及载体膜同时从模具中取出。载体膜最初为平面状，但是，利用成型材料填充压力使其一部分立体化，在立体化的部位与密封垫主体配合，保持力较高(权利要求6)。
另外，可以考虑通过在模具的型腔内面设置倒扣形状来防止密封垫主体从该模具中拔出，由此，在成型后开模时，能够防止载体膜附着在一个分割模具上而密封垫主体附着在另一个分割模具上导致载体膜与密封垫主体剥离、分离(权利要求7)。
根据本发明，将纯橡胶型的密封垫主体与由树脂膜构成的载体膜组合，因此，能够提高纯橡胶型的密封垫的可操作性。
附图说明
图1是表示本发明实施例所涉及的密封垫的图，图1(A)是其俯视图，图1(B)是沿图1(A)的C-C线的放大剖视图。
图2(A)～(D)是分别表示密封垫截面形状的其他例子的剖视图。
图3(A)～(C)是分别表示密封垫截面形状的其他例子的剖视图。
图4是表示载体膜的平面形状的其他例子的俯视图。
图5是本发明实施例所涉及的密封垫的制造方法的工序说明图。
图6是本发明实施例所涉及的密封垫的操作方法说明图。
图7是本发明的其他实施例所涉及的密封垫的制造方法的工序说明图。
图8是使用同一制造方法制造的密封垫的剖视图。
图9是表示现有例所涉及的密封垫的图，图9(A)是其俯视图，图9(B)是沿图9(A)的B-B线的放大剖视图。
图10是比较例所涉及的密封垫的制造方法的工序说明图。
符号说明
11 密封垫
21 密封垫主体
22 外周密封部
23 内侧密封部
24、34 贯通部
25、26 密封唇
27 伸出部
28 倾斜面部
29 交叉部
31 载体膜
32 立体部
32a 外周密封件保持部
32b 内侧密封件保持部
32c 交叉部保持部
33 空间部
35、46 倒扣形状
41 模具
42 上模
43 下模
44 分割部
45 型腔部
51 夹具装置
具体实施方式
本发明包含以下实施方式。
(1)本发明涉及带有载体膜的密封垫。
(2)在制作纯橡胶型密封垫的同时成型承载用膜从而形成带有载体膜的密封垫。另外，本密封垫具有在堆叠后可以取下载体膜的结构。
(3)通过载体膜来提高堆叠的组装性。在堆叠组装时自动搬运中使用密封垫中央或者端部的载体膜。可以通过载体膜校正密封垫，因此不存在扭曲的问题。可以在堆叠后使将载体膜取下，因此可以降低车辆承载的重量。
(4)使用工程塑料(聚酰胺(PA)或者聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等)作为载体膜。
(5)使用对模具温度、成型压力可变形为模具形状的载体膜来成型橡胶单件(纯橡胶型密封垫)。橡胶单件具备有密封性的密封唇的构造，分别形成在膜的上面以及经由膜的下面，与矩形以及O型圈截面相比，提供能够以更紧凑的方式密封的密封垫。根据该结构，能够以较小的截面成型，因此，与矩形以及O型圈截面相比，能够更加紧凑化。成型后的产品(纯橡胶型密封垫)始终位于载体膜上，因此可以大幅度提高可操作性。通过控制密封垫自身与载体膜脱落、剥离，易于进行生产线自动化的研究等。通过对载体膜进行闭模，还能够抑制分割线的毛刺。
(6)在配置到模具内的膜上直接注塑成型橡胶材料的本制造方法中，能够以沿模具形状的方式使膜自由变形，因此，可以预先将产品形状相对于模具以倒扣形状进行产品设计，模具形状也为相同的形状。这样，通过将模具设置为倒扣构造，在开模时，即使密封垫主体粘贴在上模侧，由于下模(膜面侧)为倒扣形状，密封垫主体也会附着在下模上，由此，密封垫主体不会与膜剥离。
实施例
下面，基于附图，对本发明的实施例进行说明。
如图1所示，该实施例所涉及的密封垫11由纯橡胶型的密封垫主体21以及载体膜31组合而成，该载体膜31由树脂膜构成，以非粘结状态保持该密封垫主体21。密封垫主体21用作燃料电池用密封垫。载体膜31也称为载片或者密封垫保持部件。
密封垫主体21通过规定的橡胶状弹性体(例如VMQ、PIB、EPDM、FKM等)整体成型为平面状(平板状)，将用于在整个外周上密封燃料电池的反应面周围的外周密封部22设置为平面长方形的框状。另外，为了隔开燃料电池的反应面与各歧管部，在外周密封部22的内侧(四个角部)一体成型有内侧密封部23。内侧密封部23分别设置为平面L字型，由此，该内侧密封部23和平面长方形的外周密封部22形成为在平面呈T字型的交叉部29连接的形状。密封垫主体21的截面形状如图1(B)所示，截面呈圆形。符号24表示将密封垫主体21在其厚度方向贯通的贯通部(空间部)。密封垫主体21整体成型为平面呈长方形，将其平面外形尺寸设置为大致400mm(纵)×大致300mm(横)，将其厚度即线径设置为大致1mm。
载体膜31通过规定的树脂膜成型为平面状(平板状)，成型为比密封垫主体21大一圈的平面长方形。作为树脂膜，例如使用厚度为0.2mm的聚丙烯膜，将其裁为上述尺寸的平面形状进行使用。作为树脂膜，除了聚丙烯以外，也可以使用聚乙烯、聚苯乙烯等通常树脂材料。对于膜的厚度，可以根据密封垫主体21的线径、截面形状设置，但优选为0.1mm～0.3mm左右。
在载体膜31的平面上的一部分即与密封垫主体21在平面上重叠的部位设置沿密封垫主体21的外形形状(密封垫主体21的截面形状的外轮廓线)发生变形的形状的立体部(立体形状的密封垫保持部)32，在该立体部32中收纳密封垫主体21的一部分。在该实施例中，如上所述，密封垫主体21的截面形状呈圆形，因此，与之对应地将立体部32的截面形状设置为圆弧形(半圆形)，这样，通过设置截面为圆弧形的立体部32，可以在设置于其背面侧的槽状的空间部33内收纳密封垫主体21在厚度方向上单侧的下半部。
如上所述，密封垫主体21用作燃料电池用密封垫，并且，一体具有平面长方形的框状的外周密封部22、平面L字型的内侧密封部23以及平面T字型的交叉部29。由此，作为保持这种形状的密封垫主体21的部件，载体膜31的立体部32在平面上连续具有用于保持外周密封部22的平面呈长方形的框状的外周密封件保持部32a、用于保持内侧密封部23的平面呈L字型的内侧密封件保持部32b、以及用于保持交叉部29的平面呈T字型的交叉部保持部32c。
另外，立体部32的厚度(膜厚度)可以形成为小于载体膜31中的除了立体部32以外的平板状部位的厚度(膜厚度)。这样，如果较小地设置立体部32的厚度，则立体部32易于变形，易于向膜厚度方向反转，能够易于进行从密封垫主体21取下载体膜31的作业。其中，立体部32反转是指向膜厚度方向的一侧突出的立体部32以向膜厚度方向的另一侧突出的方式变形。
密封垫主体21与载体膜31非粘结，因此，在堆叠时能够从载体膜31上取下。但是，如后面所述，如果在将载体膜31夹持在成型密封垫主体21的模具41(图4等)中的状态下成型密封垫主体21，则成型的密封垫主体21具备粘结性，因此，密封垫主体21由于该粘结性形成与载体膜31粘结的状态。该粘结的粘结力低至通过夹具装置可拆卸的程度。由此，在该情况下，纯橡胶型的密封垫主体21变成与由树脂膜构成的载体膜31非接合，但是以可剥离的方式粘结。另外，为了在该粘结状态易于剥离，作为载体膜31的材质优选使用由聚酰胺(PA)或者聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等工程塑料形成的膜。
对于具有上述结构的密封垫11，可以通过由树脂膜构成的载体膜31来保持纯橡胶型的密封垫主体21，因此，在搬运密封垫11时，难以在密封垫主体21上产生扭曲，易于搬运。另外，密封垫主体21与载体膜31非粘结，因此，在进行堆叠时，能够容易将密封垫主体21从载体膜31上取下。由此，能够提高密封垫11的可操作性。
另外，在载体膜31中设置有立体部32，在该立体部32内收纳密封垫主体21的一部分，因此，可以在平面上相对于载体膜31固定密封垫主体21的位置。由此，在搬运密封垫11时，密封垫主体21不会相对于载体膜31发生偏离，因此，能够使载体膜31稳定地保持密封垫主体21。
另外，如上所述，密封垫主体21用作燃料电池用密封垫，并且一体具有平面长方形的框状的外周密封部22、平面L字型的内侧密封部23以及平面T字型的交叉部29，与之对应，载体膜31的立体部32在平面上连续具有用于保持外周密封部22的平面呈长方形的框状的外周密封件保持部32a、用于保持内侧密封部23的平面呈L字型的内侧密封件保持部32b、以及用于保持交叉部29的平面呈T字型的交叉部保持部32c，因而这种在平面长方形的纵横方向上配置有立体部32的构造的载体膜31与仅由平板构成的载体膜相比，应对扭曲变形的强度较高。特别是，平面呈T字型的交叉部保持部32c由于外周密封件保持部32a与内侧密封件保持部32b交叉为直角，因此强度较高。由此，能够使薄板状的载体膜31具有应对扭曲变形的强度。
可以根据密封垫主体21的使用条件等来考虑密封垫主体21的截面形状以及与之对应的立体部32的截面形状，例如，可以是下述方式。
在图2(A)的例子中，在截面长方形的密封垫主体21的上面(总宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇25。在该情况下，将密封垫主体21在厚度方向上单侧的下半部设置为截面方形，因此，将立体部32的截面形状也设置为截面方形。
在图2(B)的例子中，在截面长方形的密封垫主体21的上面(总宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇25，并且，在密封垫主体21的下面(一部分宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇26。在该情况下，密封垫主体21在厚度方向上单侧的下半部设置为截面方形与圆弧形(半圆形)的组合，立体部32的截面形状也设置为截面方形与圆弧形(半圆形)的组合。
在图2(C)的例子中，在截面长方形的密封垫主体21的上面(总宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇25。另一方面，在载体膜31中没有设置立体部32，载体膜31仅为平面状(平板状)。在该情况下，通过载体膜31保持密封垫主体21，另外，如果密封垫主体21的材质具备粘结性，则密封垫主体21在其总宽度上与载体膜31粘结，因此，密封垫主体21不会在薄片的平面上偏离而被载体膜31保持。
在图2(D)的例子中，在截面长方形的密封垫主体21的上面(总宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇25，并且，在密封垫主体21的一个侧面一体成型有伸出部27。在该情况下，如图所示，通过使伸出部27与载体膜31的立体部32重叠，由载体膜31保持密封垫主体21整体。立体部32成型为截面台阶状。
另外，在图3(A)的例子中，在截面长方形的密封垫主体21的上面(一部分宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇25，并且，在密封垫主体21的下面(一部分宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇26。在该情况下，密封垫主体21在厚度方向上单侧的下半部设置为截面方形与圆弧形(半圆形)的组合，因此，立体部32的截面形状也设置为截面方形与圆弧形(半圆形)的组合。
在图3(B)的例子中，在截面长方形的密封垫主体21的上面(一部分宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇25，并且，在密封垫主体21的下面(一部分宽度)一体成型有截面圆弧形(半圆形)的密封唇26。
在图3(C)的例子中，在截面长方形的密封垫主体21的上面(一部分宽度)一体成型有多个(图中为两个)截面圆弧形(半圆形)的密封唇25，并且，在密封垫主体21的下面(一部分宽度)一体成型有多个(图中为两个)截面圆弧形(半圆形)的密封唇26。
如图4所示，载体膜31可以在其平面中央设置有在厚度方向上贯通的贯通部(空间部)34，在该情况下，载体膜31呈框状。
下面，说明上述密封垫11的制造方法。在制造过程中，使用注塑成型纯橡胶型的密封垫主体21的模具。
作为工序，首先，准备裁为规定尺寸的平面形状的平面状的载体膜31，如图5(A)所示，在将该载体膜31夹持在模具41的分割部44中的状态下将模具41闭模。模具41具有上模(一个分割模具)42以及下模(另一个分割模具)43，在两个模具42、43的分割部44分别对应设置有半个型腔部45。载体膜31最初整面为平面状，因此处于横穿型腔部45内的状态。
然后，如图5(B)所示，向型腔部45中填充用于成型密封垫主体21的成型材料，通过加热等成型密封垫主体21。在向型腔部45中填充成型材料时，通过成型材料填充压力将载体膜31的平面上的一部分向型腔部45的内面推压，变形(塑性变形)为沿型腔部45的内面的形状，由此成型立体部32。
然后，如图5(C)所示，在密封垫主体21成型后开模，如图5(D)所示，将密封垫主体21以及载体膜31同时从模具41中取出。取出的密封垫主体21以及载体膜31处于由载体膜31保持密封垫主体21的组合状态，在该组合状态下进行产品的运输、保管等。在由载体膜31保持的密封垫主体21上难以产生扭曲等，由此，与以单件操作密封垫主体21的情况相比，可以提高可操作性。
在将密封垫主体21组装到燃料电池组时，如图6(A)所示，在通过真空吸引装置(未图示，通过箭头D表示真空吸引方向)等将载体膜31吸附固定至基底侧的状态下，通过夹具装置51等夹持密封垫主体21，如图6(B)所示，上升并向规定的位置移动。没有产生扭曲的密封垫主体21易于被夹具装置51等夹持，能够顺利进行操作。
另外，作为比较例，如图10(A)(B)(C)所示，在通过模具41成型密封垫主体21后开模时，密封垫主体21有时会粘贴在上模(一个分割模具)42上而与附着在下模(另一个分割模具)43上的载体膜31剥离，如果这样，则密封垫主体21与载体膜31分离而无法通过载体膜31保持密封垫主体21。
因此，作为对策，如图7所示，优选通过在模具41的型腔部45的内面设置倒扣形状(倒扣部)46来防止密封垫主体21从模具41中拔出，由此，能够防止密封垫主体21与载体膜31剥离、分离。
模具41的两个分割模具中的设置有倒扣形状46的模具是用于在载体膜31上形成立体部32的分割模具(下模43)，如果在该分割模具(下模43)的型腔部45的内面设置倒扣形状46，则在沿倒扣形状46变形的载体膜31的立体部32也形成倒扣形状(倒扣部)35，密封垫主体21相对于形成在该立体部32的倒扣形状35在拔出方向上卡合，因此，能够将密封垫主体21残留在分割模具(下模43)中。在将载体膜31以及密封垫主体21与分割模具(下模43)分离时，使载体膜31的立体部32以及密封垫主体21发生弹性变形的同时从型腔部45拔出，由此，如图8所示，能够将载体膜31以及密封垫主体21作为一个整体从分割模具(下模43)中取出。
另外，如该图8所示，对于从分割模具(下模43)中取出的载体膜31以及密封垫主体21相对于形成在载体膜31的立体部32的倒扣形状35在拔出密封垫主体21的方向上卡合，因此，可以防止密封垫主体21相对于载体膜31拔出。由此，能够防止密封垫主体21易于与载体膜31分离。
图7以及图8所图示的密封垫主体21通过具备倒扣形状46的型腔部45成型，因此，在其侧面具备与倒扣形状对应的倾斜面部28(图8)。由此，该密封垫主体21成型为截面呈梯形的密封垫，在其上下面分别一体成型有截面三角形的密封唇25、26。
倒扣形状35、46的倾斜角优选0.1～10度的范围，更优选为0.1～3度的范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种密封垫，其特征在于，
所述密封垫由纯橡胶型的密封垫主体以及载体膜组合而成，
所述载体膜由树脂膜构成，以非粘结状态保持所述密封垫主体
在所述载体膜的与所述密封垫主体在平面上重叠的部位设置有沿所述密封垫主体的外形形状发生变形的形状的立体部，
所述密封垫主体的一部分收纳在所述立体部中。
2.根据权利要求1所述的密封垫，其特征在于，
所述立体部具备防止所述密封垫主体拔出的倒扣形状。
3.根据权利要求1或2所述的密封垫，其特征在于，
所述载体膜由工程塑料形成。
4.根据权利要求1、2或3所述的密封垫，其特征在于，
所述密封垫主体用作组装到燃料电池组的燃料电池用密封垫。
5.一种密封垫的制造方法，用于制造权利要求1至4中任一项所述的密封垫，其特征在于，依次实施下述工序：
在成型所述密封垫主体的模具的分割部中夹持平面状的所述载体膜的状态下将所述模具闭模；
通过所述模具成型所述密封垫主体，此时在成型材料填充压力下使所述载体膜的平面上的一部分沿模具型腔的内面发生变形，从而成型所述立体部；以及
在所述密封垫主体成型后开模，然后将所述密封垫主体以及所述载体膜同时从所述模具中取出。
6.根据权利要求5所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
通过在所述模具的型腔内面设置倒扣形状来防止所述密封垫主体从所述模具中拔出。

Claims (7)

1.一种密封垫，其特征在于，
所述密封垫由纯橡胶型的密封垫主体以及载体膜组合而成，
所述载体膜由树脂膜构成，以非粘结状态保持所述密封垫主体。
2.根据权利要求1所述的密封垫，其特征在于，
在所述载体膜的与所述密封垫主体在平面上重叠的部位设置有沿所述密封垫主体的外形形状发生变形的形状的立体部，
所述密封垫主体的一部分收纳在所述立体部中。
3.根据权利要求2所述的密封垫，其特征在于，
所述立体部具备防止所述密封垫主体拔出的倒扣形状。
4.根据权利要求1、2或3所述的密封垫，其特征在于，
所述载体膜由工程塑料形成。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的密封垫，其特征在于，
所述密封垫主体用作组装到燃料电池组的燃料电池用密封垫。
6.一种密封垫的制造方法，用于制造权利要求1至5中任一项所述的密封垫，其特征在于，依次实施下述工序：
在成型所述密封垫主体的模具的分割部中夹持平面状的所述载体膜的状态下将所述模具闭模；
通过所述模具成型所述密封垫主体，此时在成型材料填充压力下使所述载体膜的平面上的一部分沿模具型腔的内面发生变形，从而成型所述立体部；以及
在所述密封垫主体成型后开模，然后将所述密封垫主体以及所述载体膜同时从所述模具中取出。
7.根据权利要求6所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
通过在所述模具的型腔内面设置倒扣形状来防止所述密封垫主体从所述模具中拔出。
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