JP6157910B2 - 基材一体ガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シール技術に係るガスケットの製造方法に関し、更に詳しくは、基材に対してガスケット本体を一体成形した基材一体ガスケットの製造方法に関する。本発明の基材一体ガスケットは例えば、燃料電池用ガスケットとして用いられ、またはその他一般のガスケットとして用いられる。

これからの燃料電池の普及にはセパレータやガスケットなどの小型化、低コスト化が必要である。ガスケットについては、ゴム単体よりなるガスケットが有望であるが、成形時のバリ処理や工程内でのハンドリングによる工数増が課題となっている。例えば図７（Ａ）に示すガスケット５１を製造する場合、図７（Ｂ）に示すように金型５２に平面度や平行度の不足による隙間ｄが存在すると、図７（Ｃ）に示すように薄膜状のゴムバリ５３が発生し、バリ除去や金型清掃のための工数が必要となる。またバリ処理後の成形品には、ねじれが発生しやすい等、取扱い性に課題があり、多段での個取りでは成形品離型後の工数増が避けられない。またゴム単体よりなるガスケットは、工程内でのハンドリング時にチャックするのが難しい。

また、ガスケットについては、射出成形の採用により成形材料（ゴム材料）の廃棄量を削減することが可能であるが、金型を用いて複数のガスケットを同時に成形する場合、複数の製品キャビティ空間を金型の同一平面上（金型の型締め型開き方向と直交する方向）に並べると、金型が大型化し、製造効率が良くない。

尚、金型を用いて複数の成形品を同時に成形する技術が下記特許文献１公報に掲載されているが、この従来技術は、射出成形ではなく、圧縮成形用の成形機である。

特開２００６−０２６９２３号公報

本発明は以上の点に鑑みて、成形時におけるゴムバリの発生を抑制し、もってバリ除去や金型清掃のための工数を削減することができる基材一体ガスケットの製造方法を提供することを目的とし、併せて、成形材料の廃棄量を削減することが可能で、しかも金型を用いて複数のガスケットを同時に成形する際に金型が平面上大型化せず、よって製造効率が良い基材一体ガスケットの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による基材一体ガスケットの製造方法は、セルロースを主成分とするパルプ繊維よりなる繊維基材とゴム状弾性体よりなるガスケット本体とをゴム含浸により一体化する基材一体ガスケットの製造方法であって、複数段のゴム金型による射出成形を実施することにより前記基材一体ガスケットを複数個取りし、前記基材一体ガスケットは、燃料電池用ガスケットであり、前記ゴム金型は、平行ランナー部および製品キャビティ空間を当該ゴム金型の型締め型開き方向に交互に配置するとともに前記平行ランナー部同士を当該ゴム金型の型締め型開き方向と平行な同一直線上に配置した分割型構造を備え、前記繊維基材を前記製品キャビティ空間内で前記ゴム金型におけるゴム材料流動経路を閉塞するように配置し、前記平行ランナー部から前記製品キャビティ空間へ流入したゴム材料をその射出圧で前記繊維基材の空隙部を貫通させることにより前記製品キャビティ空間に充填し、さらに次段の平行ランナー部および製品キャビティ空間のほうへ流入させ、最終段の製品キャビティ空間まで到達させることを特徴とする。

上記構成を備える本発明の製造方法においては、不水溶性の繊維原料、具体的にはセルロースを主成分とするパルプ繊維よりなる繊維基材とゴム状弾性体よりなるガスケット本体とを一体化（一体成形）することにより基材一体ガスケットを製造する。繊維基材は多孔質基材であり、多孔質基材へのゴムの一体化は接着剤等が不要であり、基材へのゴム含浸による。この含浸には、ゴム材料として液状ゴムを用いる。また金型キャビティへのゴム材料の充填に関しては、金型におけるゴム材料流動経路を閉塞した繊維基材に対しゴム材料をその射出圧で貫通させることにより複数段の金型キャビティにゴム材料を充填するので、繊維基材に材料流路としてのスルーホール（貫通孔）を加工する必要はない。

通常、紙は水に溶けるとの印象があるが、繊維長による繊維絡まりを制御することにより水中での繊維分散性を抑制しており、主成分のセルロース繊維は耐水性、耐酸性、塩基性を有している。但し、水によるセルロースの膨潤が繊維の破断を発生させることは懸念事項である。そこで液状ゴム含浸によりこの繊維の絡まりを固定化することより繊維の絡まりを保ち、さらに繊維周囲の含浸ゴムにより繊維の膨潤を抑制する。

このような繊維基材をインサート部品としてインサート成形を実施することにより、成形時のゴムバリ発生が抑制され、バリ処理や金型清掃のための工数が削減される。また基材を備えるガスケットは成形後の工程での取扱い性に優れるため、ハンドリングの自動化に活用可能である。

一方、複数段よりなるゴム金型を使用することでガスケットの複数個取りが可能となるが、実際はバリ処理やハンドリング工数増により複数個取りの効果はあまり大きくない。しかしながら上述の特徴を活かすことで、バリ処理が不要かつ繊維基材部をハンドリングに活用することができ、ゴム加工コストの大幅な低減が可能となる。尚、ハンドリング機能を付加するために繊維基材部の一部にゴムを形成させる等、従来の基材一体ガスケットの技術も活用できる。また、繊維基材として安価なコピー用紙等を用いることにより、部品コストの低減も可能となる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明によれば以上説明したように、基材としてセルロースを主成分とするパルプ繊維よりなる繊維基材を用い、この繊維基材は金型の平面度や平行度の不足を補って金型パーティング部の隙間を閉塞可能であるため、成形時におけるゴムバリの発生を抑制し、バリ処理や金型清掃のための工数を削減することができる。基材一体ガスケットは基材を備えているため、成形後の工程での取扱い性に優れている。繊維基材は多孔質基材であってゴム材料が射出圧により貫通するため、スルーホールを設ける必要はない。ゴム材料は架橋後、繊維基材の繊維の絡まりを固定化するため、繊維の分散・膨潤を抑制することができる。また、金型を用いてガスケットを成形する際に射出成形を実施するため、成形材料の廃棄量を削減することが可能とされ、しかも複数段よりなるゴム金型を用いてガスケットを複数個取りするため、金型が平面上大型化することがなく、よって金型の設置面積が小さくて良い等、製造効率を向上させることが可能とされる。また、基材一体ガスケットは例えば燃料電池用ガスケットである。したがって燃料電池用ガスケットを製造する技術分野において、上記の作用効果を獲得することができる。

本発明の実施例に係る製造方法の実施に使用する金型の型開き時・射出前の状態を示す断面図 同金型の型閉め時・射出前の状態を示す断面図 同金型の型閉め時・射出後の状態を示す断面図 図３の一部拡大図 同金型の射出架橋後・型開き時の状態を示す断面図 図６（Ａ）は離型後の成形品の斜視図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、図６（Ｃ）は基材カット後の第１例を示す断面図、図６（Ｄ）は基材カット後の第２例を示す断面図 図７（Ａ）は従来例に係るガスケットの断面図、図７（Ｂ）は従来例に係る金型の不具合発生状態を示す断面図、図７（Ｃ）は従来例に係るガスケットの不具合発生状態を示す断面図

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る製造方法の実施に用いる金型１の断面を示している。この金型１は、射出成形用のゴム金型であって、同形同大の複数（当該実施例では４つ）の製品キャビティ空間５１が当該金型１の型締め型開き方向（図では上下方向）に所定の間隔をあけて並んで設けられ、当該金型１を用いて同形同大の複数（当該実施例では４つ）の成形品（基材一体ガスケット）を同時に成形することが可能とされている。

またこの金型１は、当該金型１の型締め型開き方向に積層配置された第１ないし第６に亙る６枚の分割型１１〜１６を備え、このうちスプル２１を設けた第１型（上型）１１以外の、第２型（第１中型）１２および第３型（第２中型）１３のパーティング部、第３型１３および第４型（第３中型）１４のパーティング部、第４型１４および第５型（第４中型）１５のパーティング部ならびに第５型１５および第６型（下型）１６のパーティング部にそれぞれ製品キャビティ空間５１が設けられている。

尚、この金型１は、平面長方形のフレーム状を呈するゴム状弾性体（液状ゴム）よりなる燃料電池用ガスケットを複数個取りすることを想定しているので、複数の製品キャビティ空間５１もそれぞれ平面長方形のフレーム状のものとされている。

またこの金型１は、プレート状のインサート部品として、セルロースを主成分とするパルプ繊維よりなるプレート状の繊維基材１０２をセットした状態で両面タイプの燃料電池用ガスケットを一体成形（インサート成形）することを想定しているので、第２型１２および第３型１３の間、第３型１３および第４型１４の間、第４型１４および第５型１５の間ならびに第５型１５および第６型１６の間にそれぞれこのプレート状の繊維基材１０２が配置されている。

また、金型１は、複数の製品キャビティ空間５１に通じるスプル２１、ランナー３１およびゲート４１を備えている。

スプル２１は、第１型１１の平面中央にてノズルタッチするように開口し、ここから当該金型１の型締め型開き方向の一方（図では下方）へ向けて直下の第２型１２の上面まで設けられている。

ランナー３１は、スプル２１から当該金型１の型締め型開き方向と直交する方向（図では左右方向）へ向けて延設された直交ランナー部３２と、直交ランナー部３２の先端から当該金型１の型締め型開き方向と平行な方向の一方へ向けて延設された平行ランナー部３３とを備えている。直交ランナー部３２は、スプル２１を設けた第２型１２の上面に設けられている。平行ランナー部３３は、複数の製品キャビティ空間５１と同一平面上に設けられ、その結果として製品キャビティ空間５１と上下方向に交互に設けられている。具体的には以下のとおりとされている。

第２型１２には、その上面に直交ランナー部３２が設けられるとともにその下面に第１段の製品キャビティ空間５１の上半空間が設けられているので、この直交ランナー部３２と第１段の製品キャビティ空間５１を連通するように第１段の平行ランナー部３３が設けられている。

第３型１３には、その上面に第１段の製品キャビティ空間５１の下半空間が設けられるとともにその下面に第２段の製品キャビティ空間５１の上半空間が設けられているので、この第１段の製品キャビティ空間５１と第２段の製品キャビティ空間５１を連通するように第２段の平行ランナー部３３が設けられている。

第４型１４には、その上面に第２段の製品キャビティ空間５１の下半空間が設けられるとともにその下面に第３段の製品キャビティ空間５１の上半空間が設けられているので、この第２段の製品キャビティ空間５１と第３段の製品キャビティ空間５１を連通するように第３段の平行ランナー部３３が設けられている。

第５型１５には、その上面に第３段の製品キャビティ空間５１の下半空間が設けられるとともにその下面に第４段の製品キャビティ空間５１の上半空間が設けられているので、この第３段の製品キャビティ空間５１と第４段の製品キャビティ空間５１を連通するように第４段の平行ランナー部３３が設けられている。

これらの平行ランナー部３３は、金型１の型締め型開き方向と平行な同一直線上に配置されている。またこれらの平行ランナー部３３はそれぞれ、成形材料の流れの上流側（図では上方）から下流側（図では下方）へ向けてその開口断面積が徐々に縮小するテーパー構造とされ、その最も窄まった下端部にそれぞれゲート４１が設けられている。

図１は、金型１の型開き時・ゴム材料（未架橋ゴム）射出前の状態を示しており、この状態で図示するように、第２ないし第６の分割型１２〜１６間にそれぞれプレート状の繊維基材１０２をセットする。

次いで、図２に示すように型締めし、第２ないし第６の分割型１２〜１６間にそれぞれプレート状の繊維基材１０２を挟み込む。上記材質よりなる繊維基材１０２は型締め力によって厚み方向に若干変形する柔軟性を備えているので、金型１の各分割型に平面度や平行度のばらつきがあっても、これらのばらつきを吸収することが可能である。

次いで、図３に示すようにゴム材料Ｇを射出し、射出したゴム材料Ｇを全段に亙る製品キャビティ空間５１に充填する。このとき、スプル２１から最下段の第６型１６に至るゴム材料Ｇの流動経路は、第２ないし第６の分割型１２〜１６間に挟み込んだプレート状の繊維基材１０２によって所々閉塞された状態となっているが、射出されたゴム材料Ｇはその射出圧により繊維基材１０２の空隙部を貫通し、最終的に最下段の第６型１６まで到達する。このときの繊維基材１０２の断面をミクロ的に見ると図４に示すように、ゴム材料Ｇが貫通したゲート４１直下の基材貫通部１０２Ａの空隙はゴム材料Ｇで密に充填され、ゴム材料近傍範囲（基材貫通部１０２Ａ以外の製品キャビティ空間５１近傍範囲）１０２Ｂの空隙はゴム材料Ｇで含浸されている。

次いで、ゴム材料Ｇの架橋工程を実施し、さらに型開きする。図５は射出架橋後・型開き時の状態を示し、セルロースを主成分とするパルプ繊維よりなる繊維基材１０２とゴム状弾性体（架橋ゴム）よりなるガスケット本体１０３とがゴム含浸により一体化された成形品（基材一体ガスケット）１０１を離型することが可能となる。この離型には、図６（Ａ）（Ｂ）に示すハンドリング部（繊維基材１０２のうちガスケット本体１０３に埋設されていない部分）１０２Ｃを活用することができるため、離型の自動化が容易となる。また従来例（図７（Ｃ））のような薄膜状のゴムバリ５３が発生しないため、バリ由来の金型清掃が不要となる。さらには離型後の搬送等の工程でも、ハンドリング部１０２Ｃを活用することにより大幅な工数削減を期待することができる。

次いで、成形品１０１のうち、製品として不要な部分をカットする。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）（Ｂ）の成形品１０１における繊維基材１０２の外周部をゴム不要部とともにカットした形状となり、これにて製品の一形態となる。また図６（Ｄ）は、図６（Ａ）（Ｂ）の成形品１０１における繊維基材１０２の内周部および外周部をゴム不要部とともにカットした形状となり、これもこれにて製品の一形態となる。したがって繊維基材１０２のうちガスケット本体１０３に埋設されていない部分については、その一部が製品として残される態様と、その全部が不要としてカットされる態様とがあり、本発明のガスケットにはこの両態様が共に含まれる。

１ 金型
１１〜１６ 分割型
２１ スプル
３１ ランナー
３２ 直交ランナー部
３３ 平行ランナー部
４１ ゲート
５１ 製品キャビティ空間
１０１ 成形品
１０２ 繊維基材
１０２Ａ 基材貫通部
１０２Ｂ ゴム材料近傍範囲
１０２Ｃ ハンドリング部
１０３ ガスケット本体

Claims (1)

1. セルロースを主成分とするパルプ繊維よりなる繊維基材とゴム状弾性体よりなるガスケット本体とをゴム含浸により一体化する基材一体ガスケットの製造方法であって、
   複数段のゴム金型による射出成形を実施することにより前記基材一体ガスケットを複数個取りし、
   前記基材一体ガスケットは、燃料電池用ガスケットであり、
   前記ゴム金型は、平行ランナー部および製品キャビティ空間を当該ゴム金型の型締め型開き方向に交互に配置するとともに前記平行ランナー部同士を当該ゴム金型の型締め型開き方向と平行な同一直線上に配置した分割型構造を備え、
   前記繊維基材を前記製品キャビティ空間内で前記ゴム金型におけるゴム材料流動経路を閉塞するように配置し、
   前記平行ランナー部から前記製品キャビティ空間へ流入したゴム材料をその射出圧で前記繊維基材の空隙部を貫通させることにより前記製品キャビティ空間に充填し、さらに次段の平行ランナー部および製品キャビティ空間のほうへ流入させ、最終段の製品キャビティ空間まで到達させることを特徴とする基材一体ガスケットの製造方法。

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