JP5297825B2 - ガスケット構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シール対象基材の所定部位に接着剤を介してゴム製ガスケットが加硫成型によって一体固着されたガスケット構造体、例えば、燃料電池のスタックを構成するセパレータの全周囲及び媒体用開口部周りにガスケットを一体に備えるガスケット構造体、或いは、ハードディスク装置等におけるカバーとガスケットとが一体とされたガスケット構造体とその製造方法に関する。

上記のように、シール対象基材とガスケットとが一体とされたガスケット構造体の例としては、特許文献１或いは特許文献２に示される先行技術を挙げることができる。図６及び図７は、このようなガスケット構造体の例と、その製造方法を概念的に示している。図６（ａ）は、基材とガスケットとが一体とされたガスケット構造体の一部を示す平面図、図６（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ線矢視断面図、図６（ｃ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線矢視断面図を示している。また、図７は、同ガスケット構造体を成型によって製造する要領を、図６（ｃ）に対応した部分の断面図で示している。

図６に示すガスケット構造体５０は、シール対象基材５１の所定部位に形成された環状溝５１ａの底部に、接着剤層５２を介して該環状溝５１ａの形状に沿った環状のゴム製ガスケット５３が加硫成型によって一体固着されたものである。ガスケット５３は、断面山形のビード状に連なるガスケット本体部５３ａと、該ガスケット本体部５３ａの裾部の適所より突出する成型時のゴム材の流入連結部５３ｂと、該流入連結部５３ｂにおけるゴム材の流入基部にバリ跡として残る（目視できない場合もある）成型時のゴム材の注入部５３ｃとを備えている。

図６のようなガスケット構造体５０をゴム材の成型によって製造する場合の例を、図７を参照して説明する。図７に示す金型６０は、射出成型法或いはトランスファー成型法に適用されるもので、下金型６１及び上金型６２よりなる。下金型６１は上記基材５１を収容し得るキャビティ６１ａを備える。また、上金型６２は、上記ガスケット５３の形状に対応するよう形成された環状のキャビティ６２ａと、未加硫ゴム材５３Ｒの注入ゲート６２ｂとを備え、更に注入ゲート６２ｂとキャビティ６２ａとを繋ぐ未加硫ゴム材５３Ｒの流入路６２ｃがキャビティ６２ａに連通するよう形成されている。このような注入ゲート６２ｂ及び流入路６２ｃは、環状のキャビティ６２ａの外側部に沿って１箇所以上設けられる。

上記金型６０において、先ず、下金型６１に形成されたキャビティ６１ａ内に上記基材５１を配置し、該基材５１における上記環状溝５１ａの底部に接着剤５２Ｒを塗布した上で上金型６２を下金型６１に型締め合体させる。そして、注入装置（不図示）から注入ゲート６２ｂに未加硫ゴム材５３Ｒを注入し、注入されたゴム材５３Ｒは、注入圧により流入路６２ｃを経てキャビティ６２ａ内に至る。キャビティ６２ａ内がゴム材５３Ｒで充分に充填されると保圧状態に保ち、ゴム材５３Ｒを加硫する。この加硫は、金型を加熱するか、未加硫ゴム材５３Ｒの保有する熱によってなされ、この加硫に伴い接着剤５２Ｒの硬化が促進される。その後、脱型し、注入ゲート６２ｂに残存するゴム材を切除すれば、図６に示すように、シール対象基材５１の環状溝５１ａの底部に接着剤層５２を介してガスケット５３が一体固着されたガスケット構造体５０が得られる。

特開２００４−７６８７７号公報 特開２００８−１００２号公報

ところで、上記のような成型方法において、注入ゲート６２ｂからは、未加硫のゴム材５３Ｒが高圧で注入される為、この注入ゲート６２ｂの近傍では、塗布されている接着剤５２Ｒにせん断応力が作用し、硬化過程で、接着剤５２Ｒがシール対象基材５１の表面との間で剥離し、充分な接着力が得られないことがある。また、上記保圧は、キャビティ６２ａ内に充填されたゴム材５３Ｒの戻りを抑える為になされるが、保圧力が強過ぎると上記せん断応力による剥離がより顕著となり、弱過ぎると接着一体性が悪くなる。更に、これらの理由により、加硫後は注入ゲート６２ｂ近傍部分が変形し易くなる。従って、保圧力の調整に難しさがあった。そして、上記のようなガスケット構造体５０の場合、その適用対象基材の特性上、ガスケットが固着されるべき基材の所定部位の幅が限られており、その為、上記上金型６２における注入ゲート６２ｂは、その制約からキャビティ６２ａの側部に接近した位置に設けられることが不可避であった。その為、図６（ａ）の２点鎖線で示す注入部５３ｃの近傍の接着性が充分でない範囲ａが、ガスケット本体部５３ａにまで及び、これがガスケット５３としてのシール性能を低下させる一要因となることがあった。

特許文献１及び特許文献２は、上記のような特有の課題を解消することを意図するものでない。特に、特許文献２では、注入ゲートがガスケットに近いことにより、ゴム材の注入性が悪くなることに鑑み、注入ゲートの開口部をガスケットの長手方向に沿って長径とするものであるが、注入ゲート近傍部の接着性の問題に言及するものではない。

本発明は、上記の実情に鑑みなされたもので、簡易な構造でゴム材の注入部での接着性の影響を少なくしたシール対象基材及びガスケットが一体とされたガスケット構造体とその有効な製造方法を提供することを目的としている。

第１の発明に係るガスケット構造体は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが加硫成型によって一体固着されたガスケット構造体であって、上記ガスケットは、断面山形のビード状に連なるガスケット本体部と、該ガスケット本体部の側部近傍適所に設けられた成型時のゴム材の注入部と、該ガスケット本体部と注入部との間のゴム材の流入連結部とを備え、該連結部は、上記成型時における上記注入部から上記ガスケット本体部へのゴム材の流入ラインが、上記注入部の中心からガスケット本体部の稜線に直交する線から外れた状態となるよう形成され、上記注入部の中心からゴム材が上記ガスケット本体部に至る距離が当該注入部の中心からガスケット本体部までの上記直交する線に沿った距離より大とされていることを特徴とする。

本発明のガスケット構造体において、前記所定部位を、シール対象基材に形成された環状溝の底部としても良い。

第二の発明に係るガスケット構造体の製造方法は、シール対象基材の所定部位に対する接着剤の塗布、及び、断面が山形のビード状に連なるガスケット本体部を含むガスケット形状に対応するキャビティを備えた金型への上記シール対象基材の配置を行った上で、該金型に形成された注入ゲートよりキャビティ内に未加硫ゴム材を注入して、上記シール対象基材の所定部位にゴム材を上記ガスケット形状となるよう一体加硫成型するガスケット構造体の製造方法であって、上記金型のキャビティは、上記ガスケット本体部に対応する部位の側部近傍適所に、上記注入ゲートから上記ガスケット本体部に対応する部位に至るゴム材の流入路を備え、該流入路はその途中に整流部を有し、注入ゲートから高圧で注入される未加硫ゴム材をこの整流部により迂回させて該キャビティ内に至らせることを特徴とする。

第一の発明に係るガスケット構造体は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが加硫成型によって一体固着されたものであるから、このガスケット構造体が、梱包や搬送等の流通におかれてもシール対象基材とガスケットとが分離することがない。そして、本ガスケット構造体は、燃料電池やハードディスク装置等の組立工場にそのまま持ち込まれ、他のシール対象部材と締結一体とすることにより、当該シール対象基材と他のシール対象部材との間にゴム製ガスケットが圧縮状態で挟圧され、両者間のシールがなされる。従って、上記の組立工場では、別途準備したガスケットをシール対象部材間に介装する作業が不要とされ、組立て作業の効率化が図られる。

また、ガスケット本体部と成型時のゴム材の注入部との間のゴム材の流入連結部は、上記成型時におけるゴム材の流入ラインが、上記注入部の中心からガスケット本体部の稜線に直交する線から外れた状態となるよう形成されているから、注入部の中心からゴム材がガスケット本体に至る距離が実質的に大きくなる。従って、前述のように、成型時におけるゴム材の注入部の近傍の接着性が充分でない範囲が、ガスケット本体部にまで及んでいることがなく、この部分でのシール性も他の部位と同様に良好に維持される。

前記所定部位を、シール対象基材に形成された環状溝の底部とした場合、ガスケットとシール対象基材との安定した固着一体化が図られる。この場合、所定部位の幅が環状溝の幅に制約されるが、本ガスケット構造体は、このような制約による成型時の前記影響を受けることがなく、良好なシール機能を備えているものである。

第二の発明に係るガスケット構造体の製造方法によれば、シール対象基材の所定部位に接着剤を塗布した上で、金型に形成された注入ゲートよりキャビティ内に未加硫ゴム材を注入して、上記シール対象基材の所定部位にゴム材を上記ガスケット形状となるよう一体加硫成型するものであるから、ゴム材の加硫と共に、接着剤の硬化が促進され、これによって、シール対象基材の所定部位にゴム製のガスケットが強固に固着一体化される。

そして、上記金型のキャビティは、断面が山形のビード状に連なるガスケット本体部に対応する部位と、その側部に、上記注入ゲートから上記ガスケット本体部に対応する部位に至るゴム材の流入路とを備え、該流入路はその途中に整流部を有しており、注入ゲートから注入される未加硫ゴム材をこの整流部により迂回させて該キャビティ内に至らせるよう未加硫ゴム材の成型がなされるから、前記所定部位の幅に制約があっても、注入ゲートからキャビティ内のガスケット本体部に対応する部位に至るゴム材の流路を大きく確保することができる。

従って、注入ゲートからゴム材を高圧で注入することにより、注入ゲートの近傍で塗布されている接着剤にせん断応力が作用し、硬化過程で、接着剤がシール対象基材の表面との間で剥離し、充分な接着力が得られないことがあっても、これがガスケット本体部にまで及ばないので、得られたガスケット構造体のシール性能が低下することがない。また、ゴム材の流路が大きく確保されることにより、キャビティ内がゴム材で充分に充填された後の上記保圧の調整も容易になされ、保圧の調整不備が原因のシール性の低下が生じる懸念もない。

本発明において、ガスケットを構成するゴム材としては、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ、ＡＣＭ、ＡＥＭ、ＦＫＭ、ＥＰＤＭ、ＶＭＱ等から選ばれたいずれかのゴム材が望ましく採用される。また、接着剤層を構成する接着剤としては、熱硬化性の接着剤が用いられ、具体的には、エポキシ系、フェノール系、カップリング剤系、イミド系、ゴム糊系の接着剤が望ましく採用される。この接着剤は、上記ゴム材の加硫成型時に、加硫温度で硬化し、この硬化の際にゴム材及びシール対象基材の界面において化学反応を起こし、両被接着部材を強固に一体とするものである。

本発明のガスケット構造体を燃料電池のセパレータに適用した例を示す平面図である。 図１におけるＡ部の拡大図である。 （ａ）は図２におけるＢ−Ｂ線矢示断面図、（ｂ）は図２におけるＣ−Ｃ線矢示断面図である。 （ａ）（ｂ）は同ガスケット構造体を成型によって製造する要領を示し、（ａ）は図３（ｂ）に対応した部分で示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は他の実施形態の種々の態様を示すもので図２の拡大部に対応する図である。 従来のガスケット構造体の例を示し、（ａ）は同ガスケット構造体の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線矢視断面図を示している。 同従来のガスケット構造体を成型によって製造する要領を、図６（ｃ）に対応した部分で示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示すガスケット構造体１は、燃料電池のセパレータであって、不図示の高分子電解質膜等と合体されて燃料電池構成用スタック（不図示）が構成されるものである。このガスケット構造体１としてのセパレータは、カーボンプレート或はメタルプレート等をシール対象基材２とし、このシール対象基材２の所定部位に接着剤層（図３参照）４を介してゴム製のガスケット３が一体固着されたものである。シール対象基材２は、適所に冷媒、水素及び酸素等の媒体流通用の開口部２ａ…を複数備え、該シール対象基材２の全周囲及び開口部２ａ…の周りには、環状溝（図２参照）２ｂが形成されている。この環状溝２ｂの底部が、ガスケット３が一体固着される所定部位とされ、該環状溝２ｂに一体固着されたガスケット３によって、上記スタックの複数が締結合体されて燃料電池が構成された際に、上記媒体の漏出の防止が図られる。

上記ゴム製ガスケット３は、断面山形のビード状に連なるガスケット本体部３ａと、該ガスケット本体部３ａの裾部の適所より外周側に突出する成型時のゴム材の流入連結部３ｂと、該流入連結部３ｂにおけるゴム材の流入基部にバリ跡として残る（目視できない場合もある）成型時のゴム材の注入部３ｃとを備えている。そして、注入部３ｃの中心３ｃｏから、ガスケット本体部３ａの稜線Ｌに直交する線Ｌｏ上であって、ガスケット本体部３ａの裾部に沿って稜線Ｌ方向に伸びる長楕円形状のゴム材の存在しない緩衝帯３ｄが形成されている。この緩衝帯３ｄは、後記する成型時における上金型７が備える整流部７ｄによって形成されるもので、注入ゲート７ｂから注入された未加硫のゴム材３Ｒは、この整流部７ｄを迂回するようにしてキャビティ７ａ（いずれも図３参照）内に至る。従って、この迂回によって形成される上記流入連結部３ｂにおけるゴム材の流入ラインＬｆは、図２の拡大部分で示すように、上記線Ｌｏに沿わず、緩衝帯３ｄを取り囲むように該線Ｌｏから外れた状態に形成される。

ここで、上記ガスケット構造体１を成型によって製造する方法を、図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視断面図であるが、ゴム材が注入される前の状態を示している。図４において、この製造に用いられる金型５は、前記と同様射出成型法或いはトランスファー成型法に適用されるもので、下金型６及び上金型７よりなる。下金型６は上記シール対象基材２を収容し得る環状のキャビティ６ａを備える。また、上金型７は、上記ガスケット３の形状に対応するよう形成された環状のキャビティ７ａと、未加硫ゴム材３Ｒの注入ゲート７ｂとを備え、更に注入ゲート７ｂとキャビティ７ａとを繋ぐ未加硫ゴム材３Ｒの流入路７ｃがキャビティ７ａに連通するよう形成されている。流入路７ｃの途中には、ゴム材３Ｒの流入の障壁となる整流部７ｄが形成されている。このような注入ゲート７ｂ及び流入路７ｃは、環状のキャビティ７ａの外側部に沿って１箇所以上設けられる。

上記金型５において、先ず、下金型６に形成されたキャビティ６ａ内に上記シール対象基材２を配置し、該シール対象基材２の上記環状溝２ｂの底部に接着剤４Ｒを塗布した上で下金型６に上金型７を型締め合体させる。尚、この場合、キャビティ６ａ内に上記シール対象基材２を配置する前に、上記環状溝２ｂの底部に接着剤４Ｒを塗布しておいても良い。そして、注入装置（不図示）から注入ゲート７ｂに未加硫ゴム材３Ｒを注入し、注入されたゴム材３Ｒは、注入圧により流入路７ｃを経てキャビティ７ａ内に至る。この時、流入路７ｃの途中には整流部７ｄが設けられているから、ゴム材３Ｒは図４（ｂ）に示すように整流部７ｄを迂回する流入ラインＬｆを描いてキャビティ７ａ内に流入してゆく。従って、注入ゲート７ｂからキャビティ７ａ内に至る距離が、整流部７ｄがない場合に比べ実質的に長くなる。

全キャビティ７ａ内がゴム材３Ｒで充分に充填されると保圧状態に保ち、ゴム材３Ｒを加硫する。この加硫は、金型を加熱するか、未加硫ゴム材３Ｒの保有する熱によってなされ、この加硫に伴い接着剤４Ｒの硬化が促進される。その後、脱型し、注入ゲート７ｂに残存するゴム材を切除すれば、図１乃至図３に示すように、シール対象基材２の環状溝２ｂの底部に接着剤層４を介してゴム製のガスケット３が一体固着されたガスケット構造体１が得られる。

上記成型過程では、前述のように、注入ゲート７ｂから、未加硫のゴム材３Ｒが高圧で注入される為、この注入ゲート７ｂの近傍では、塗布されている接着剤４Ｒにせん断応力が作用し硬化過程で、接着剤４Ｒがシール対象基材２の表面との間で剥離し、充分な接着力が得られないことがある。未加硫ゴム材３Ｒの注入圧は、流入に伴い低下する為、ある範囲以上の領域では接着力に対する影響も少なくなる。図２では、２点鎖線で示す範囲ｂが未加硫ゴム材３Ｒの注入圧の影響を受けて充分な接着力が得られない範囲として示している。

上述のように、注入ゲート７ｂからキャビティ７ａ内に至る距離が、整流部７ｄがない場合に比べ実質的に長くなるので、図２に示すように、充分な接着力が得られない範囲ｂは、ガスケット３のガスケット本体部３ａに及ぶことがない。従って、シール機能の主体となるガスケット本体部３ａでの接着力が不足する部分がなくなり、シール性能が充分に発揮されることになる。そして、接着力が得られない範囲ｂが、ガスケット本体部３ａに影響を及ぼさないから、未加硫ゴム材３Ｒの充填後の微妙な保圧調整も不要となり、製造の効率化も図ることができる。
尚、流入連結部３ｂは、ガスケット構造体１としての機能上不要のものであるから、成型後これを除去しても良い。その為、上記成型時に、この部分に相当する部位に接着剤４Ｒを塗布しないようにすれば、成型後の流入連結部３ｂの切除がし易くなる。

図５（ａ）〜（ｄ）に他の実施形態の種々の態様を示す。これらは典型的な例を示すもので、接着力が得られない範囲ｂが、ガスケット３のガスケット本体部３ａに影響を及ぼさないものであれば、他の形態のものも採用し得ることは言うまでもない。ここで、（ａ）（ｃ）（ｄ）の例は、緩衝帯３ｄを取り囲む流入連結部３ｂを大きく確保しながら、ゴム材の注入部３ｃからガスケット本体部３ａに至るゴム材の流入方向を絞り、これによりガスケット３全体のゴム材に方向性を持たせたものである。また、（ｂ）の例は注入口３ｃ（金型５の注入ゲート７ｂ）の断面形状を前記稜線Ｌに沿った長円若しくは長楕円或いは長方形としてゴム材の注入性を高めると共に、これに伴い、緩衝帯３ｄを取り囲む流入連結部３ｂを大きく確保して接着力が得られない範囲ｂがガスケット３の本体部３ａに影響を及ぼさないようにしたものである。更に、（ｄ）の例は、緩衝帯３ｄを前記稜線Ｌに沿った細長状としたもので、この場合は、シール対象基材２の環状溝２ｂの幅による制限が更に厳しい場合に好適である。

図５（ａ）〜（ｄ）に示す実施形態のガスケット構造体も、図４に示すような金型５によって製造される。即ち、上金型７の、キャビティ７ａ、注入ゲート７ｂ、流入路７ｃ及び整流部７ｄの形状等をこれらに対応するよう形成することにより同様に成型することができる。
他の構成は、図１乃至図３に示す実施形態と同様であるので共通部分に同一の符号を付し、その説明を割愛する。

尚、上記実施形態では、シール対象基材２のガスケット３が一体固着される所定部位を環状溝２ｂの底部としたが、このような環状溝を有さず有効幅に制約のある平坦な部位であっても良い。また、燃料電池のセパレータに適用した例について述べたが、ハードディスク装置、その他のシール対象基材とガスケットとが一体固着された状態で流通に供せられるものにも、本発明を適用することができる。

１ ガスケット構造体
２ シール対象基材
２ｂ 環状溝（所定部位）
３ ガスケット
３ａ ガスケット本体部
３ｂ ゴム材の流入連結部
３ｃ ゴム材の注入部
３ｄ 緩衝帯
３Ｒ 未加硫ゴム材
４ 接着剤層
４Ｒ 接着剤
５ 金型
７ 上金型（金型）
７ａ キャビティ
７ｂ 注入ゲート
７ｃ 流入路
７ｄ 整流部
Ｌ 稜線
Ｌｏ 稜線に直交する線
Ｌｆ 流入ライン

Claims (3)

1. シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが加硫成型によって一体固着されたガスケット構造体であって、
   上記ガスケットは、断面山形のビード状に連なるガスケット本体部と、該ガスケット本体部の側部近傍適所に設けられた成型時のゴム材の注入部と、該ガスケット本体部と注入部との間のゴム材の流入連結部とを備え、該連結部は、上記成型時における上記注入部から上記ガスケット本体部へのゴム材の流入ラインが、上記注入部の中心からガスケット本体部の稜線に直交する線から外れた状態となるよう形成され、上記注入部の中心からゴム材が上記ガスケット本体部に至る距離が当該注入部の中心からガスケット本体部までの上記直交する線に沿った距離より大とされていることを特徴とするガスケット構造体。
2. 請求項１に記載のガスケット構造体において、
   前記所定部位は、シール対象基材に形成された環状溝の底部であることを特徴とするガスケット構造体。
3. シール対象基材の所定部位に対する接着剤の塗布、及び、断面が山形のビード状に連なるガスケット本体部を含むガスケット形状に対応するキャビティを備えた金型への上記シール対象基材の配置を行った上で、該金型に形成された注入ゲートよりキャビティ内に未加硫ゴム材を注入して、上記シール対象基材の所定部位にゴム材を上記ガスケット形状となるよう一体加硫成型するガスケット構造体の製造方法であって、
   上記金型のキャビティは、上記ガスケット本体部に対応する部位の側部近傍適所に、上記注入ゲートから上記ガスケット本体部に対応する部位に至るゴム材の流入路を備え、該流入路はその途中に整流部を有し、注入ゲートから高圧で注入される未加硫ゴム材をこの整流部により迂回させて該キャビティ内に至らせることを特徴とするガスケット構造体の製造方法。

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