JP4051517B2 - 両面リップガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板用ガスケット、ハードディスク用ガスケットや燃料電池セル用ガスケット等、薄板状の基板の両面にエラストマーからなるリップガスケットを一体に有する両面リップガスケットの成形技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板や、燃料電池のバイポーラプレート等には、その両面にエラストマーからなるシールリップを備える両面リップガスケットを一体に設けたものがある。例えば、前記バイポーラプレートの場合は、燃料電池セルの積層数を多くして発電性能を向上させるためには、可能な限り薄くする必要があり、しかも反応ガス（水素ガス又は空気等）の流路となる多数の溝や、あるいは冷却水の流路となる多数の溝を設けたものもある。また、電気抵抗値をできるだけ低くして電気伝導率を良くする必要があるため、成形カーボンを使用しており、脆いものとなっている。
【０００３】
上述のような両面リップガスケットは、その製造に際して、次のような問題がある。すなわち、シールリップを基板の片面に成形する場合は、基板の背面を金型で押さえることによって成形圧力に対抗でき、また、両面成形であっても、基板が鉄系のような延性や弾性の大きい材料からなる場合は問題はないが、成形カーボンのような脆性材料からなる薄い基板の両面にシールリップを同時に成形する場合は、基板の両側のシールリップ成形用キャビティへエラストマー成形材料が充填される過程で、両キャビティ間に圧力差を生じ、この圧力差によって基板に割れや永久変形が発生しやすい。このため従来は、射出や注入による成形方法を採用することができず、成形生地を２つ用意して低圧での圧縮成形を行うといった方法を採らざるを得なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題とするところは、基板が脆性材料や、低強度、低伸び、低弾性の材料からなるものであっても、その両面にシールリップを成形する際に、成形圧力による基板の割れや永久変形の生じにくい両面リップガスケットの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る両面リップガスケットの製造方法は、基板の両面にエラストマーからなるシールリップが一体に成形された両面リップガスケットの製造において、前記基板に、その両面に衝合される金型との間に形成されるシールリップ成形用キャビティの間を連通する連通孔を開設し、前記連通孔は前記両シールリップ成形用キャビティの一方へ前記シールリップにおけるリップ本体の成形面となる山形溝から幅方向へずれた位置で開口したゲートと対応する位置にあってこのゲートよりも大径に形成され、前記ゲートから供給される成形材料を前記連通孔を介して前記両シールリップ成形用キャビティへ充填するものである。
【０００６】
本発明の方法によれば、ゲートから供給される成形材料は、ゲートの直下に位置して基板に開設された連通孔を介して、両側のシールリップ成形用キャビティへ充填される。このとき、前記ゲートがリップ本体の成形面となる山形溝から幅方向へずれた位置にあるため前記連通孔と近接して開口しており、しかも前記連通孔がゲートの開口径よりも大径であるため、ゲートが開口された側の成形用キャビティで先に成形圧力が立上ることがなく、このため両キャビティ間での圧力差の発生が有効に防止される。このゲートは、ガスケットの形状によって１つ以上設けられる。
【０００７】
両面リップガスケットの基板としては、成形カーボンのような脆性材料のほかにも、例えば低強度材料であるプラスチック、セラミック、あるいは金属の多孔質材料や、低伸びであるセラミックス、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、熱可塑性エンジニアリングプラスチックや、低弾性である熱可塑性エラストマー等の材料からなるものが挙げられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る両面リップガスケットの製造方法の好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。まず図１に示される両面リップガスケットは、燃料電池用バイポーラプレート１の両面に、本発明の方法によって、例えばシリコーンゴム等のエラストマー材料よりなるシールリップ２，３を一体的に形成したものである。
【０００９】
詳しくは、バイポーラプレート１は、ガスを通さない緻密質の成形カーボンによって、板状に成形されたもので、その両面におけるガスケット装着部には、それぞれ帯状溝１ａ，１ｂが形成され、その溝底間を貫通する連通孔１ｃが、前記帯状溝１ａ，１ｂの長手方向所定間隔で形成されている。そして、シールリップ２，３の基部２ａ，３ａは前記帯状溝１ａ，１ｂを埋めるように形成されると共に、前記連通孔１ｃ内を延びる部分を介して互いに連続しており、各シールリップ２，３における山形のリップ本体２ｂ，３ｂは、前記連通孔１ｃから帯状溝１ａ，１ｂの幅方向一側へずれた位置に形成されている。
【００１０】
燃料電池は、よく知られているように、電解質膜（イオン交換膜）の厚さ方向両側に燃料極及び空気極としての電極板をそれぞれ配置し、これを単セルとして、バイポーラプレート１を介して多数積層した構造を有する。バイポーラプレート１は、各セルを直列に接続するための電子導電体としての機能のほか、バイポーラプレート１の両面より突出したシールリップ２，３の山形のリップ本体２ｂ，３ｂが、前記電解質膜側に対して適当な潰し代をもって密接されることによりシールを行い、前記燃料極へ供給される水素ガスの流路中へ、他側の空気極へ供給される空気（酸素）が混入したり、逆に空気流路中に水素ガスが混入するのを防止して、発電効率の低下を防止する機能を有するものである。
【００１１】
図２は、上述の構成を備える両面リップガスケットの製造方法を概略的に示すものである。この図２において、参照符号４，５はバイポーラプレート１の両面にシールリップ２，３を成形するための射出成形用金型の一部であって、前記バイポーラプレート１は、図における下側の金型５に形成された凹部内に保持され、型締め時に、バイポーラプレート１の両面は金型４の下面（衝合面４ａ）及び金型５の凹部底面（衝合面５ａ）と所定の面圧で密接衝合されるようになっている。なお、バイポーラプレート１には、予め帯状溝１ａ，１ｂ及び連通孔１ｃが形成されている。
【００１２】
金型４，５におけるバイポーラプレート１との衝合面４ａ，５ａには、それぞれ、このバイポーラプレート１に形成された帯状溝１ａ，１ｂに対向する山形溝４ｂ，５ｂが形成されている。この山形溝４ｂ，５ｂは、図１に示された山形のリップ本体２ｂ，３ｂと対応するもので、前記帯状溝１ａ，１ｂよりも溝幅が小さく、かつ連通孔１ｃの開口位置に対して帯状溝１ａ，１ｂの幅方向一側へずれた位置に形成されている。したがって、図示の型締め状態では、前記帯状溝１ａと山形溝４ｂによってシールリップ成形用キャビティＣ１が画成され、前記帯状溝１ｂと山形溝５ｂによって反対側のシールリップ成形用キャビティＣ２が画成される。
【００１３】
一方の金型４には、型締めによって画成されるシールリップ成形用キャビティＣ１へ向けて開口するゲート４ｃが開設されている。このゲート４ｃは、金型装置における図示されていないランナ及びスプルを介して、成形材料射出装置からの成形材料の供給経路を構成するもので、バイポーラプレート１の帯状溝１ａの底部における連通孔１ｃの開口位置と対応して前記衝合面４ａに開口している。また連通孔１ｃの内径φ_１ は実寸で１ｍｍ程度であり、ゲート４ｃの開口径φ_２に比較して大径に形成されている。
【００１４】
図２に示される型締めに先立って、シールリップ成形用キャビティＣ１，Ｃ２内は、図示されていない真空ポンプ等によって真空引きが行われる。そして、型締め後、射出成形装置からの液状のエラストマー成形材料をゲート４ｃから射出すると、この成形材料は、前記ゲート４ｃの直下に位置する連通孔１ｃを介してバイポーラプレート１の両側のシールリップ成形用キャビティＣ１，Ｃ２へほぼ同時に充填される。
【００１５】
このとき、φ_１ ＞φ_２ であることによって、前記連通孔１ｃにおける流動抵抗による減圧作用が起こらず、その結果、シールリップ成形用キャビティＣ１，Ｃ２間に差圧が殆ど発生しない。このため、バイポーラプレート１における帯状溝１ａ，１ｂ間の薄肉部分に、両キャビティＣ１，Ｃ２の差圧による割れが発生するのを有効に防止できる。
【００１６】
［実施例］
図２に示された形状（肉厚Ｔ_１ ＝２ｍｍ、帯状溝１ａ，１ｂの幅Ｗ＝５ｍｍ、帯状溝１ａ，１ｂ間の肉厚Ｔ_２ ＝１ｍｍ）を有する曲げ強度１０ＭＰａの成形カーボンプレートを用いて、その両面にシールリップを成形する試験を行った。この試験において、ゲート４ｃの開口径φ_２ は０．５ｍｍとしたのに対し、実施例のカーボンプレートは、連通孔１ｃの内径φ_１ をφ_２ より大径の１ｍｍとし、比較例のカーボンプレートは、連通孔１ｃの内径φ_１ をφ_２ より小径の０．３ｍｍとした。表１はその試験結果を示すものである。
【表１】

【００１７】
上記試験の結果、実施例によるものは、３０ＭＰａの標準的な成形圧力でも成形カーボンプレートに割れが発生せず、通常の射出成形が採用可能であることが確認された。
【００１８】
なお、上述の実施形態では、燃料電池用バイポーラプレートに両面リップガスケットを設ける場合についてのみ説明したが、本発明は、ガラスエポキシ樹脂やＦＰＣよりなる回路基板や、その他、低強度、低伸び、低弾性の材料からなる基板に両面リップガスケットを成形する場合についても有効に適用される。
【００１９】
また、図示の実施形態においては、シールリップ２，３の基部２ａ，３ａが帯状溝１ａ，１ｂ内に形成されているが、このような帯状溝１ａ，１ｂを形成しないものについても、本発明を適用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係る両面リップガスケットの製造方法によれば、基板にその両側のキャビティを連通するように、ゲートよりも大径の連通孔を開設したことによって、ゲートから供給される成形材料は、前記連通孔を介して両側のシールリップ成形用キャビティへ充填され、このとき、一方の成形用キャビティで先に成形圧力が立上ることによる圧力差が小さく抑えられ、この圧力差による基板の割れや永久変形の発生を防止することができ、したがって、例えば燃料電池用バイポーラプレート等のように脆性材料等からなる基板に両面リップガスケットを形成する場合等について有効に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により成形された両面リップガスケットを備える燃料電池用バイポーラプレートの概略的な断面図である。
【図２】上記両面リップガスケットを成形するための本発明の一実施形態を示す概略的な説明図である。
【符号の説明】
１ バイポーラプレート（基板）
１ａ，１ｂ 帯状溝
１ｃ 連通孔
２，３ シールリップ
２ａ，３ａ 基部
２ｂ，３ｂ リップ本体
４，５ 金型
４ａ，５ａ 衝合面
４ｂ，５ｂ 山形溝
４ｃ ゲート
Ｃ１，Ｃ２ シールリップ成形用キャビティ

Claims (1)

1. 基板（１）の両面にエラストマーからなるシールリップ（２，３）を一体に備える両面リップガスケットの製造において、
   前記基板（１）に、その両面に衝合される金型（４，５）との間に形成されるシールリップ成形用キャビティ（Ｃ１，Ｃ２）の間を連通する連通孔（１ｃ）を開設し、
   前記連通孔（１ｃ）は前記両シールリップ成形用キャビティ（Ｃ１，Ｃ２）の一方へ前記シールリップ（２，３）におけるリップ本体（２ｂ，３ｂ）の成形面となる山形溝（４ｂ，５ｂ）から幅方向へずれた位置で開口したゲート（４ｃ）と対応する位置にあって、このゲート（４ｃ）よりも大径に形成され、
   前記ゲート（４ｃ）から供給される成形材料を前記連通孔（１ｃ）を介して前記両シールリップ成形用キャビティ（Ｃ１，Ｃ２）へ充填することを特徴とする両面リップガスケットの製造方法。

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