JP4993077B2 - シール部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃料電池スタックの各燃料電池セルに形成される流路をシールするための燃料電池用シール等のように、フィルム、シート又は板状の基枠にゴム状弾性材料からなるガスケットを一体に成形したシール部品を製造する方法に関するものである。

燃料電池は、基本的には電解質膜の両面に一対の電極層を設けたＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜−電極複合体）を含む発電体を、セパレータで挟持して燃料電池セルとし、更にこの燃料電池セルを多数積層した、スタック構造を有する。そして、酸化ガス（酸素）が各セパレータの一方の面に形成された酸化ガス流路から一方の触媒電極層に供給され、水素が各セパレータの他方の面に形成された燃料ガス流路から他方の触媒電極層に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。

このため、各燃料電池セルには、燃料ガスや酸化ガス、上述の電気化学反応により生成された水や、余剰空気等の漏れを防止するためのシール部品が設けられる。そしてこの種のシール部品としては、例えば下記の特許文献に開示されているように、セパレータあるいは合成樹脂フィルムなどのようなフィルム状、シート状又は板状の基材に、ゴム状弾性材料からなるガスケットを一体化したものが知られており、このうち特許文献１は、セパレータにガスケットを一体的に設けたものであり、特許文献２は、セパレータ又はＭＥＡに貼着される合成樹脂フィルムにガスケットを一体的に設けたものであり、特許文献３は、ＭＥＡの外周に配置される合成樹脂フィルムにガスケットを一体的に設けたものである。
特開２００２−５０３６９ 特開２００３−５６７０４ 特許第３８２０８８３号

図４は、上述の特許文献に記載のような、フィルム状、シート状又は板状の基材に、ゴム状弾性材料からなるガスケットを、従来の技術によって一体成形したシール部品を示す断面図、図５は、従来技術によるシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す平面図、図６は、従来技術によるシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す断面図である。

すなわち、図４に示されるシール部品１００は、フィルム状、シート状又は板状の基材１０１と、その片面に一体的に設けられたゴム状弾性材料からなるガスケット１０２とを備え、ガスケット１０２は、基材１０１に接着されたベース部１０２ａと、その上面から山形に隆起したシールリップ１０２ｂとを有する。そしてこのシール部品１００は、例えば図４に一点鎖線で示される相手材（セパレータなど）２００に形成された溝２０１の底面に、適当なつぶし代で密接されることによって、上述した燃料ガスや酸化ガスに対する密封機能を発揮するものである。

このシール部品１００は、基材１０１の片面に、ゴム状弾性材料からなるガスケット１０２を、液状の成形用ゴム材料を用いてＬＩＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）等の公知の成形方法により一体成形される。詳しくは、図６に示されるように、下型３０１と上型３０２からなる金型３００内に、合成樹脂フィルム等からなる基材１０１を位置決め固定し、この基材１０１と上型３０２の内面との間に画成されたキャビティ３０３内に、液状の成形用ゴム材料を充填して架橋硬化させることにより、ゴム状弾性材料からなるガスケット１０２を、成形と同時に基材１０１に一体化する。

ここで、ガスケット１０２は、環状（無端形状）に連続したものであり、図５に示されるように、これを成形するキャビティ３０３も同形状であるから、キャビティ３０３の一部に開口したゲート３０４を介してこのキャビティ３０３に充填される液状の成形用ゴム材料は、図５に矢印Ｆで示されるようにゲート３０４からその両側へ流れて、ゲート３０４と反対側で合流することになる。そしてこの合流部分には、残存エアや、成形用ゴム材料からの揮発ガスの混入による成形不良が発生しやすいため、このような残存エアや揮発ガスを逃がし、合流した成形用ゴム材料を良好に混合させるためのエアベント溝３０５が形成されている。したがって、このような方法で製造されたシール部品１００は、エアベント溝３０５へ流入した成形用ゴム材料によって、図４に示されるように、ガスケット１０２のベース部１０２ａから基材１０１の表面に沿って延びるバリ１０３が形成されることになる。

ところがこのバリ１０３は、相手材２００に形成された溝２０１内には収まらず、したがってガスケット１０２のシールリップ１０２ｂに所要のつぶし代を与えるためにシール部品１００と相手材２００間に積層荷重を与えると、バリ１０３が相手材２００の溝肩に圧接する。このため、バリ１０３が存在する部分では、このバリ１０３の圧縮による応力が発生するのに対し、ガスケット１０２に沿った他の部分（バリ１０３が存在しない部分）ではこのような応力が発生しないため、シール部品１００の基材１０１や、相手材２００に、不均一な応力分布に起因する微小な歪が生じる。しかも、燃料電池のように、このようなシール部品１００と相手材（セパレータやＭＥＡなど）２００が多数積層されたものにおいては、バリ１０３が積層方向へ多数並んで圧縮されることになるため、その応力による面歪が大きくなって、ガスケット１０２のシール面圧にもムラを生じてシール性が悪化したり、積層方向のサイズが大きくなってしまう問題がある。

またこのため、ガスケット１０２の成形後に、バリ１０３を除去することが望ましいが、その除去作業に膨大な時間を要し、しかも基材１０１が合成樹脂フィルムからなるような場合は、バリ除去の際に基材１０１が破損してしまうおそれもあった。

また、図６に示されるエアベント溝３０５の深さ（図４に示されるバリ１０３の厚さ）は数十μｍ程度のものである。そして、基材１０１が合成樹脂フィルムからなるような場合は、図６に示される金型３００の型締め状態において、下型３０１と上型３０２の間の型締め圧力によって、基材１０１が図中一点鎖線で示されるように変形するため、エアベント溝３０５の深さが設計値よりも小さくなってしまい、その結果、成形過程でのエアベント溝３０５によるガス抜き効果が損なわれて、成形用ゴム材料の合流部に成形不良が発生しやすくなる問題も指摘される。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、フィルム、シート又は板状の基材にゴム状弾性材料からなるガスケットを一体に成形したシール部品におけるシール面圧のばらつきや、相手材と積層した時の積層方向のサイズ増大を防止し、またガスケット成形過程での成形不良の発生を防止することにある。

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、請求項１の発明に係るシール部品の製造方法は、フィルム状、シート状又は板状の基材にゴム状弾性材料からなるガスケットを一体に成形したシール部品の製造において、前記基材を金型の分割型間にセットして型締めし、前記基材の表面とこれに対向する分割型の内面との間に画成されるキャビティ内へ、ゲートを介して成形用ゴム材料を充填すると共に、前記キャビティにおける成形用ゴム材料の合流位置に前記基材との前記分割型の衝合面から離間して開口したエアベント孔を介して前記キャビティからの排気を行うものである。

すなわち、この製造方法においては、ゲートから成形用ゴム材料がキャビティ内へ充填されるのに伴い、その合流位置から残存エアや揮発ガスがエアベント孔を介して排出される。そして、このエアベント孔は、キャビティにおける成形用ゴム材料の合流位置に基材と金型との衝合面から離間して開口しているため、エアベント孔に成形用ゴム材料が流入して硬化したバリは、基材の表面から離間した位置に形成される。このため、バリの除去が、基材の表面から除去するものではなくなるので、その作業が容易になり、型締め時の基材の変形によってエアベント孔が狭まってエアベント機能が損なわれることもない。

また、請求項２の発明に係るシール部品の製造方法は、請求項１に記載された方法において、無端の連続形状をなすキャビティに対するゲート及びエアベント孔の開口が、前記キャビティをその連続方向と直交する平面で切断した断面上で互いに対称の位置にあって、前記キャビティで成形されるガスケットの非シール部に位置するものである。

この構成において、ゲート及びエアベント孔を、キャビティで成形されるガスケットの非シール部と対応する位置に開口させているのは、ゲート及びエアベント孔内で成形用ゴム材料が硬化したバリを切除する際に、その切除痕がガスケットのシール性に悪影響を与えることがないようにするためである。しかも、このゲートに形成されるバリ及びエアベント孔に形成されるバリは、無端の連続形状をなすガスケットをその連続方向と直交する平面で切断した断面上における互いに対称の位置にあるので、ガスケットからゲートのバリを切除処理すると同時にエアベント孔のバリも切除処理可能である。

請求項１の発明に係るシール部品の製造方法によって製造されたシール部品には、基材の表面にエアベント孔によるバリが形成されないので、基材と相手材にバリの介在に起因する歪が発生したり、これによってガスケットのシール面圧にムラを生じてシール性が悪化したり、積層方向のサイズが大きくなるのを有効に防止することができる。しかも、基材の変形によってエアベント孔が狭まることもないので、成形不良が発生しにくく、バリ除去も容易に行うことができる。また、エアベント孔によるバリを基材上に形成するものではないので、その分、基材を小型化し、あるいはガスケットによる密封領域を広くすることができる。

請求項２の発明に係るシール部品の製造方法によれば、請求項１による効果に加え、エアベント孔のバリの除去を、ゲートのバリの除去と同時に行うことができるので、バリ除去を一層容易に行うことができる。

以下、本発明に係るシール部品の製造方法の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、基材に、ゴム状弾性材料からなるガスケットを、本発明に係るシール部品の製造方法によって一体成形したシール部品を示す断面図である。

図１に示されるシール部品１は、燃料電池における各セルの密封手段として用いられるものであって基材１１に、ゴム状弾性材料からなるガスケット１２を一体成形したものである。

詳しくは、基材１１は、例えば燃料電池セルにおけるＭＥＡの外周部に配置される電気絶縁性に優れた合成樹脂フィルムからなり、ガスケット１２は、基材１１の外周近傍に沿って環状（無端形状）に連続したものであって、基材１１の片面に接着されたベース部１２ａと、その上面から山形に隆起したシールリップ１２ｂとを有する。

そしてこのシール部品１は、例えば図１に一点鎖線で示される第一部材（例えばＭＥＡ）２の外周部と、その厚さ方向両側に配置された相手材（セパレータなど）３との間で密封機能を発揮するものであって、基材１１が前記第一部材２に密接されると共に、ガスケット１２のシールリップ１２ｂが、前記相手材３に形成された溝３１の底面に、適当なつぶし代で密接されるものである。

上述の構成を備えるシール部品１は、図２及び図３に示される本発明方法によって製造されたものである。図２は、本発明に係るシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す平面図、図３は、本発明に係るシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す断面図である。

すなわち、図３において、参照符号４は、基材１１にガスケット１２を一体成形するための金型で、下型４１と上型４２からなる。下型４１及び上型４２は、請求項１に記載された分割型に相当するものである。下型４１の内面（上面）における所定位置には、基材１１がセットされるようになっており、図示の型締め状態（下型４１と上型４２との密接衝合状態）において、上型４２の内面（下面）と、セットされた基材１１との間にガスケット成形用のキャビティ４３が画成されるようになっている。

キャビティ４３は、図１に示されるガスケット１２とネガ−ポジ対応する断面形状を有するものであって、図２に示されるように、セットされた基材１１の外周近傍に沿って環状（無端形状）に連続しており、図３の断面形状において、基材１１側のベース成形部４３ａと、その上側のシールリップ成形部４３ｂとからなる。

また、上型４２には、キャビティ４３内へ液状の成形用ゴム材料を充填するための１つ又は複数のゲート４４と、このゲート４４から充填された液状の成形用ゴム材料の流れＦが合流する位置で残存エアや揮発ガスを排出するための１つ又は複数のエアベント孔４５が設けられている。そして、これらゲート４４及びエアベント孔４５の開口は、キャビティ４３をその連続方向と直交する平面で切断した断面上（図３に示される断面上）で互いに対称の位置にあって、前記キャビティ４３で成形される図１のガスケット１２の非シール部であるベース部１２ａと対応する位置にあり、すなわち、シールリップ成形部４３ｂよりも外周側のベース成形部４３ａに位置して開口している。

したがって、上述の金型４による成形においては、図３に示されるように下型４１に基材１１をセットしてこの下型４１と上型４２とを型締めし、ゲート４４を介してキャビティ４３に液状の成形用ゴム材料を充填して、このゴム材料を架橋硬化させることによって、図１に示されるように、基材１１に、ゴム状弾性材料からなるガスケット１２が一体に成形される。この場合、液状の成形用ゴム材料としては、合成樹脂フィルムからなる基材１１に対して接着性のあるものが好適に用いられるが、接着性のない成形用ゴム材料を用いる場合は、予め基材１１に接着剤が塗布される。

この成形過程では、キャビティ４３内の成形用ゴム材料は、図２に矢印Ｆで示されるようにゲート４４から両側へ流れて、再び合流する。そしてこの合流部分に位置するエアベント孔４５内を減圧することによって、キャビティ４３内の残存エアや、成形用ゴム材料からの揮発ガスが排出され、更に成形用ゴム材料が合流しながらこのエアベント孔４５内へ流れ込むことになる。したがって、成形用ゴム材料の合流・融合が良好に行われ、しかも、この合流部に前記残存エアや揮発ガスによる気泡が混入しても、これらは成形用ゴム材料の一部と共にエアベント孔４５へ流出するので、成形不良の発生が有効に防止される。

また、エアベント孔４５は、キャビティ４３のベース成形部４３ａに、基材１１と上型４２との衝合面４２ａから離間して開口しているため、下型４１と上型４２との型締め力によって基材１１が変形を受けても、エアベント孔４５の排気機能が損なわれることはない。

しかも、エアベント孔４５に流れ込んだ成形用ゴム材料によるバリ（不図示）は、ゲート４４内の成形用ゴム材料によるバリ（不図示）と同様、ガスケット１２のベース部１２ａの上面に形成される。このため、エアベント孔４５で形成されたバリの除去が、基材１１の表面から剥離又は切除するといった煩雑な作業にはならず、除去ゲート４４で形成されたバリの除去と同時に、かつ同様に行われるので、バリ除去を容易に行うことができる。

また、上述の方法によって製造されたシール部品１は、基材１１の表面に従来のようなエアベント溝によるバリ（図４の参照符号１０３）が存在しないので、図１に示される積層状態において、基材１１や相手材３などにバリの圧縮応力に起因する歪が発生したり、これによってガスケット１２のシールリップ１２ｂのシール面圧にムラを生じてシール性が悪化したり、積層方向のサイズがバリの介在によって大きくなるのを有効に防止することができる。

また、バリが従来のように基材１１の表面に沿って外周側あるいは内周側へ張り出すように形成されるものではないので、その分、基材１１を小型化することができ、あるいはガスケット１２で囲まれた領域（ＭＥＡの発電領域）を広くすることができる。

なお、上述の形態では、基材１１がＭＥＡの外周部に配置される合成樹脂フィルムであり、シールリップ１２ｂが相手材３であるセパレータに適当なつぶし代で密接されるものとして説明したが、例えば基材１１がセパレータである場合やＭＥＡ（あるいはそれを構成する電解質膜など）である場合にも、本発明を適用することができる。

また、基材１１におけるガスケット１２と反対側の面にはアクリル系またはシリコーン系の粘着剤を塗布しておき、この粘着剤の表面に、容易に剥がすことのできる剥離フィルムを貼着した構成とすることも好ましい。このような構成とすれば、剥離フィルムを剥がすことによって、図１に示される第一部材２に、粘着剤を介してシール部品１の基材１１を密着固定することができる。

基材に、ゴム状弾性材料からなるガスケットを、本発明に係るシール部品の製造方法によって一体成形したシール部品を示す断面図である。 本発明に係るシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す平面図である。 本発明に係るシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す断面図である。 基材に、ゴム状弾性材料からなるガスケットを従来の技術によって一体成形したシール部品を示す断面図である。 従来技術によるシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す平面図である。 従来技術によるシール部品の製造方法で用いられる金型のキャビティと基材との関係を示す断面図である。

符号の説明

１ シール部品
１１ 基材
１２ ガスケット
１２ａ ベース部（非シール部）
１２ｂ シールリップ
２ 第一部材
３ 相手材
３１ 溝
４ 金型
４１ 下型（分割型）
４２ 上型（分割型）
４３ キャビティ
４３ａ ベース成形部
４３ｂ シールリップ成形部
４４ ゲート
４５ エアベント孔

Claims (2)

1. フィルム状、シート状又は板状の基材（１１）にゴム状弾性材料からなるガスケット（１２）を一体に成形したシール部品の製造において、前記基材（１１）を金型（４）の分割型（４１，４２）間にセットして型締めし、前記基材（１１）の表面とこれに対向する分割型（４２）の内面との間に画成されるキャビティ（４３）内へ、ゲート（４４）を介して成形用ゴム材料を充填すると共に、前記キャビティ（４３）における成形用ゴム材料の合流位置に前記基材（１１）との前記分割型（４２）の衝合面（４２ａ）から離間して開口したエアベント孔（４５）を介して前記キャビティ（４３）からの排気を行うことを特徴とするシール部品の製造方法。
2. 無端の連続形状をなすキャビティ（４３）に対するゲート（４４）及びエアベント孔（４５）の開口が、前記キャビティ（４３）をその連続方向と直交する平面で切断した断面上で互いに対称の位置にあって、前記キャビティ（４３）で成形されるガスケット（１２）の非シール部に位置することを特徴とする請求項１に記載のシール部品の製造方法。

Images