JP6368428B2 - ガスケット成形品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シール技術に係るガスケット成形品とその製造方法に関する。本発明の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、またはその他の用途の一般ガスケットとして用いられる。

燃料電池用ガスケットには、ゴム状弾性体（ラバー）製のガスケット単品よりなるラバーオンリータイプのガスケット、ゴム状弾性体製のガスケットをセパレータに一体成形したセパレータ一体ガスケット、またはゴム状弾性体製のガスケットをＧＤＬ（ガス拡散層）に一体成形したＧＤＬ一体ガスケット等さまざまな構成のガスケットがある。

これらのガスケットはそれぞれ特徴を有しているが、近年、低コスト化の要求が強いことから、この要求を満足できるラバーオンリータイプのガスケットが注目されている。

ラバーオンリータイプのガスケットは例えば、図８に示すように構成されている。

すなわち、ガスケット１１の全体として平面状（平板状）に成形され、燃料電池の反応面の周りを全周に亙ってシールする外周シール部１２が枠状に設けられている。また、燃料電池の反応面と各マニホールド部を仕切る必要があることから、外周シール部１２の内側に内側シール部１３が一体成形されている。ガスケット１１の断面形状は図８（Ｂ）に示すように、断面円形などとされている。

特開２０１４−６０１３３号公報（図１等におけるガスケット３参照）

しかしながらこの燃料電池用ガスケット１１には、以下の点で更なる改良の余地がある。

すなわち燃料電池用ガスケット１１は、一般にその平面形状を外形４００ｍｍ×３００ｍｍ程度の大きさとされる一方でその断面形状（線径）を小さく設定されている。したがって金型からの離型時や搬送時、スタッキング時にガスケット１１単体では捩れが生じやすく、よってその取扱い作業性（ハンドリング性）が良くない。

本発明は以上の点に鑑みて、ラバーオンリータイプガスケットの取扱い作業性を向上することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のガスケット成形品は、ラバーオンリータイプのガスケット本体と、前記ガスケット本体を非接着状態で保持する樹脂フィルムよりなるフィルムキャリアとの組み合わせよりなるガスケット成形品であって、前記フィルムキャリアは、前記ガスケット本体を保持するガスケット保持部のほかに、前記ガスケット本体を当該フィルムキャリアに対し仮止めする表面処理による仮止め部を有し、前記ガスケット本体は、前記仮止め部に仮止めされる被仮止め部を有することを特徴とする（請求項１）。

上記構成を備える本発明では、ガスケット成形品が、ラバーオンリータイプのガスケット本体と、このガスケット本体を保持する樹脂フィルムよりなるフィルムキャリアとの組み合わせとされ、ガスケット本体がフィルムキャリアによって保持されるため、ガスケット本体が小断面であって撓みやすいものであっても捩れを生じにくく、よってガスケット本体の取扱い作業性を向上させることが可能とされる。ガスケット本体はフィルムキャリアによって非接着状態で保持されるため、フィルムキャリアからガスケット本体を随時取り外すことが可能とされるが、フィルムキャリアに対しガスケット本体がまったくのフリーであると、金型の型開き時またはその後の離型時にフィルムキャリアからガスケット本体が脱落してしまうことが懸念される。そこで、本発明では、以下の構成をもってその対策とする。

すなわち、樹脂フィルムよりなるフィルムキャリアに、ガスケット本体を保持するためのガスケット保持部のほかに、ガスケット本体を当該フィルムキャリアに対し仮止めするための表面処理による仮止め部を設け、一方、ガスケット本体に、仮止め部に仮止めされる被仮止め部を設け、仮止め部に対し被仮止め部を密着させる。仮止めのための表面処理としては、成形したゴムが容易に剥がれなければ良く、例えば接着処理や表面改質（プラズマ処理、コロナ放電処理）等が考えられる。

したがってこの構成によれば、ガスケット本体がフィルムキャリアに対し仮止めされるため、金型の型開き時またはその後の離型時にガスケット本体がフィルムキャリアから脱落してしまうのを防止することが可能とされる。

また、フィルムキャリアからガスケット本体が脱落しにくくするには、フィルムキャリアに設けるガスケット保持部を、樹脂フィルムの平面上一部がガスケット本体の外形形状に沿って変形した形状の立体部として設けるのも好適であり、これによれば、この立体部にガスケット本体の一部が収められることにより平面上位置決めされるため、ガスケット本体をフィルムキャリアによってしっかりと保持することが可能とされる（請求項２）。

本発明におけるガスケット本体は例えば、燃料電池用ガスケットとして用いられる。燃料電池はスタック積層数が多いことからガスケット本体にはその厚みが小さいことが求められ、厚みの小さなガスケット本体は捩れやすいため、取扱い作業性が良くない。したがってこのように厚みが小さく捩れやすい燃料電池用ガスケットの分野において、ガスケット本体を樹脂フィルムよりなるフィルムキャリアと組み合わせて取扱い作業性を向上させることは、スタッキング作業の効率化を図るうえで、きわめて有効である（請求項３）。

ガスケット成形品の製造方法としては、フィルムキャリアとされる樹脂フィルムの平面上一部に表面処理を施すことにより仮止め部を設ける工程と、仮止め部を設けた樹脂フィルムを金型のパーティング部に挟み込んだ状態で金型によりガスケット本体を成形し、このとき、成形材料充填圧力で樹脂フィルムの平面上一部を金型キャビティ内面に沿って変形させることにより樹脂フィルムに立体部を成形するとともに、ガスケット本体に被仮止め部を一体成形して被仮止め部を仮止め部に対し密着させる工程と、ガスケット本体の成形後、型開きしてから、ガスケット本体および樹脂フィルムを同時に金型から取り出す工程と、を順次実施する。樹脂フィルムよりなるフィルムキャリアは当初、平面状（平たいもの）であったものが、成形材料充填圧力を利用して一部立体化され、立体化された部位においてガスケット本体とフィットするため、保持力が高いものである（請求項４）。樹脂フィルムはこれを、ガスケット多数個分のフィルムが連続した形状のロールから供給するようにしても良い（請求項５）。

本発明によれば、ラバーオンリータイプのガスケット本体と樹脂フィルムよりなるフィルムキャリアとを組み合わせ、さらに表面処理による仮止め構造を設けるようにしたために、ラバーオンリータイプのガスケットの取扱い作業性を向上することができる。

本発明の実施例に係るガスケット成形品を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ線拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＤ−Ｄ線拡大断面図 （Ａ）は同ガスケット成形品におけるフィルムキャリアの単品状態を示す平面図、（Ｂ）はフィルムキャリアの他の例を示す平面図 同ガスケット成形品の打ち抜き加工後の状態を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＥ−Ｅ線拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線拡大断面図 本発明の実施例に係るガスケット成形品の製造方法の工程説明図 （Ａ）および（Ｂ）ともそれぞれフィルムロール体の説明図 フィルムロール体の他の例を示す説明図 本発明の他の実施例に係るガスケット成形品を示す図で、（Ａ）はその要部断面図、（Ｂ）はそのロール巻回状態の説明図 従来例に係るガスケットを示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線拡大断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）型温、成形圧により金型形状に変形可能なフィルムキャリアを用いて、ゴム単体品を成形する。その際に、フィルムの一部に表面処理を施し密着度を上げることで、金型離型時のフィルムキャリアからの脱落、剥離を防止し、最後に製品供給形状に打ち抜く際に、上記の仮止め部を除去することで、フィルムキャリアからの離形が可能になるフィルムキャリア付きガスケット。
（２）成形後の製品は、常にフィルムキャリア上にあることから、取り扱い性が大幅に向上する。また、ガスケット自体のフィルムキャリアからの脱落、剥離をコントロールすることでラインの自動化を検討等も容易になる。また、フィルムキャリアを型締めすることで、パーティングラインのバリも抑制することが可能となる。
（３）事前に表面処理を実施したフィルムキャリアを成形金型に供給する。この時のキャリアの形状は切り板状でもロール状でも、事前の表面処理が可能であれば限定はしない。ガスケットとフィルムキャリアは非接着とし、金型離型時の脱落、剥離防止のための仮止め部を設ける。仮止め部に関してはフィルム上に部分的に事前の表面処理を施す。仮止め部はフィルムキャリアを製品出荷形状に打ち抜く際に除去する。ガスケット成形後に発生する各工程（二次加硫、検査等）には、フィルムキャリアをベースに取り扱う。

（４）型温、成形圧により金型形状に変形可能なフィルムキャリアを用いて、ゴム単体品を成形する。フィルムキャリアはロール供給とし、成形機への供給から、ガスケット成形後の回収までをロールにて実施し、燃料電池スタック等の組立て時もロール供給とする。
成形の際に事前処理として、フィルムの一部に表面処理を施し密着度を上げることで、金型離型時のフィルムキャリアからの脱落、剥離を防止する。また、仮止め部のゴムはシールリップ高さより高く設定し、ロール巻取り時にシールリップがフィルムキャリアの裏面に接触しないようにする。燃料電池スタック等への組付け時に、打ち抜くあるいはハーフカットし仮止め部を取り除くことで、フィルムからの離形が可能となる。
（５）製品をロール供給することで、成形時のラインの自動化が図れるとともに、燃料電池スタック等の組立てラインにおいても自動化が見込まれ、組立てコストの大幅な削減が図れる。また、フィルムキャリアを型締めすることで、パーティングラインのバリも抑制することが可能となる。

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に示すように当該実施例に係るガスケット（ガスケット成形品）１１は、ラバーオンリータイプのガスケット本体２１と、このガスケット本体２１を非接着状態で保持する樹脂フィルムよりなるフィルムキャリア３１との組み合わせにより構成されている。ガスケット本体２１は、燃料電池用ガスケットとして用いられる。

ガスケット本体２１は、所定のゴム状弾性体（例えばＶＭＱ、ＰＩＢ、ＥＰＤＭ、ＦＫＭなど）によって平面状（平板状）に成形されており、その構成要素として、燃料電池の反応面の周りを全周に亙ってシールするための枠状の外周シール部２２と、燃料電池の反応面と各マニホールド部の仕切り部をシールするための内側シール部２３とを一体に有している。ガスケット本体２１の断面形状は図１（Ｂ）に示すように、断面円形とされている。符号２４は、ガスケット本体２１をその厚み方向に貫通する貫通部（空間部）を示している。ガスケット本体２１は、平面長方形状に成形され、その平面の大きさを外形略４００ｍｍ（縦）×略３００ｍｍ（横）とされ、その厚みすなわち線径を略１ｍｍとされている。ゴム材料は、樹脂フィルムを熱変形させることから、安価なフィルムが使えるように、低温成形可能な材料であれば、なお良い。

ガスケット本体２１の断面形状は、特に限定されず、断面円形（真円形、楕円形またはは長円形）のほか、断面長方形、台形、三角形や、片面リップ形状（断面長方形のガスケット本体２１の上面に断面円弧形（半円形）もしくは断面山形のシールリップを一体成形したもの）、または両面リップ形状（断面長方形のガスケット本体２１の上下両面にそれぞれ断面円弧形（半円形）もしくは断面山形のシールリップを一体成形したもの）などであっても良い。

フィルムキャリア３１は、所定の樹脂フィルムによって平面状（平板状）に成形され、ガスケット本体２１よりも一回り大きな平面長方形状に成形されている。樹脂フィルムとしては例えば、厚さ２００μｍのポリプロピレンフィルムを使用し、これを上記した大きさの平面形状に裁断して使用する。樹脂フィルムとしてはポリプロピレンの他に、ポリエチレン、ポリスチレンなど一般樹脂材が使用可能である。フィルムの厚さについては、ガスケット本体２１の線径や断面形状にもよるが、５０μｍ〜３００μｍ程度とするのが好ましい。フィルム材料は、ゴムの成形温度に対する耐熱性（溶けない）と金型形状へ熱変形可能なものであれば特に限定はしないが、フィルムキャリア３１が搬送および取り扱い性の機能となることから、安価なフィルムが選定できるのがより良く、上記したようにポリプロピレンやポリエチレン等が好適である。

フィルムキャリア３１はその平面上一部に、ガスケット本体２１を保持するためのガスケット保持部３２を有している。このガスケット保持部３２は、樹脂フィルムの平面上一部がガスケット本体２１の外形形状（ガスケット本体２１の断面形状における外郭線）に沿って変形した立体形状として設けられるとともに、ガスケット本体２１と同一の平面形状を備えるものとして成形されており、このガスケット保持部３２にガスケット本体２１の一部（厚み方向の一部）が非接着で収められている。当該実施例では上記したようにガスケット本体２１の断面形状が断面円形とされているので、これに対応してガスケット保持部３２の断面形状は断面円弧形（半円形）とされ、このように断面円弧形のガスケット保持部３２を設けることによってその裏面側に設けられる溝状の空間部３３内に、ガスケット本体２１の厚み方向片方の、下半分の部位が収められている。

ガスケット本体２１はフィルムキャリア３１に対し非接着とされるため、スタッキングに際しフィルムキャリア３１から取り外すことが可能とされている。但し、後記するようにガスケット本体２１を成形する金型４１にフィルムキャリア３１をインサートした状態でガスケット本体２１を成形すると、成形したガスケット本体２１が粘着性を備えている場合には、この粘着性によってガスケット本体２１はフィルムキャリア３１に対し粘着された状態とされる。粘着は、チャッキング装置による取り外しができるほどに粘着力が小さいものである。したがってこの場合、ラバーオンリータイプのガスケット本体２１は樹脂フィルムよりなるフィルムキャリア３１に対し非接着ではあるが、剥離可能に粘着していることになる。

また加えて、フィルムキャリア３１は、ガスケット本体２１を当該フィルムキャリア３１に対して仮止めするための仮止め部３４を有している。この仮止め部３４は、樹脂フィルムの平面上一部に接着処理や表面改質（プラズマ処理、コロナ放電処理）等の表面処理を施すことによりガスケット本体２１のゴムが密着（粘着）しやすくなるものとして設けられている。当該実施例では図２（Ａ）に示すように、フィルムキャリア３１の長手側辺部にそれぞれ仮止め部３４が帯状のものとして設けられているが、図２（Ｂ）に示すように点在状のものとして設けられても良い。

また、フィルムキャリア３１に仮止め部３４が設けられるのに対応して図１（Ａ）および（Ｃ）に示すように、ガスケット本体２１に、仮止め部３４に仮止めされる被仮止め部２５が設けられており、当該実施例ではガスケット本体２１の長手側辺部にそれぞれ被仮止め部２５が舌片状のものとして複数設けられている。

上記構成のガスケット１１においては、ラバーオンリータイプのガスケット本体２１が樹脂フィルムよりなるフィルムキャリア３１によって保持されるため、ガスケット１１の搬送などに際してガスケット本体２１に捩れが生じにくく、搬送しやすい。また、ガスケット本体２１がフィルムキャリア３１に対し非接着とされるため、スタッキングに際してガスケット本体２１をフィルムキャリア３１から容易に取り外すことが可能とされる。したがってガスケット１１の取扱い作業性を向上することができる。

また、フィルムキャリア３１に立体形状のガスケット保持部３２が設けられて、このガスケット保持部３２内にガスケット本体２１の厚み方向一部が収められているため、ガスケット本体２１はフィルムキャリア３１に対し平面上位置決めされている。したがってガスケット１１の搬送などに際してガスケット本体２１がフィルムキャリア３１に対しずれることがないため、ガスケット本体２１をフィルムキャリア３１によってしっかりと保持することができる。

また加えて、樹脂フィルムよりなるフィルムキャリア３１に、ガスケット本体２１を保持するためのガスケット保持部３２のほかに、ガスケット本体２１を当該フィルムキャリア３１に対し仮止めするための表面処理による仮止め部３４が設けられるとともに、ガスケット本体２１に、仮止め部３４に仮止めされる被仮止め部２５が設けられ、仮止め部３４に対し被仮止め部２５が仮止めされているため、金型の型開き時またはその後の離型時にガスケット本体２１がフィルムキャリア３１から脱落してしまうのを防止することができる。

尚、仮止め部３４および被仮止め部２５は、ガスケット本体２１およびフィルムキャリア３１の組み合わせよりなるガスケット１１の成形後（成形後であって出荷前、または出荷後であってスタック組立て前）に切断除去される。当該実施例では上記したようにフィルムキャリア３１の長手側辺部にそれぞれ仮止め部３４が帯状に設けられているので、この仮止め部３４を切断除去すべくガスケット成形品１１を図１（Ａ）にＧ−Ｇ線をもって示す切断線にて切断し、これにより図３（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）に示すような形状とする。したがってガスケット本体２１はガスケット保持部３２のみによって保持された状態とされる。

ガスケット本体２１の断面形状やこれに対応するガスケット保持部３２の断面形状については、ガスケット本体２１の使用条件等に応じて様々なものが考えられる。

つぎに、上記ガスケット本体１１の製造方法を説明する。製造には、ラバーオンリータイプのガスケット本体２１を射出成形する金型を用いる。

工程としては先ず、フィルムキャリア３１を用意し、このフィルムキャリア３１の平面上一部に表面処理を施すことにより仮止め部３４を設ける（例えば図２（Ａ）参照）。表面処理としては上記したように、接着処理や表面改質（プラズマ処理、コロナ放電処理）等を実施する。

次いで、図４（Ａ）に示すように、フィルムキャリア３１を金型４１のパーティング部４４に挟み込んだ状態で金型４１を型締めする。金型４１は上型（一方の分割型）４２および下型（他方の分割型）４３の組み合わせを有し、両型４２，４３のパーティング部４４にそれぞれキャビティ部４５が半分ずつ対応して設けられている。キャビティ部４５には、ガスケット本体２１を成形するガスケット成形用キャビティ部４５ａのほかに、舌片状の被仮止め部２５を成形するための被仮止め部成形用キャビティ部４５ｂが設けられている。フィルムキャリア３１は当初その全面が平面状であるため、キャビティ部４５内を横切る状態とされる。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、キャビティ部４５へガスケット本体２１を成形するための成形材料（ゴム材料）を充填し、加熱加圧する等して、ガスケット本体２１を被仮止め部２５とともに成形する。キャビティ部４５へ成形材料を充填したとき、フィルムキャリア３１はその平面上一部が成形材料充填圧力によってキャビティ４５の内面に押し付けられ、キャビティ４５の内面に沿ったかたちに変形（塑性変形）し、これにより立体形状のガスケット保持部３２が形成される。また、被仮止め部２５が仮止め部３４に密着し、これによりガスケット本体２１がフィルムキャリア３１に仮止めされる。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、ガスケット本体２１の成形後、型開きし、図４（Ｄ）に示すように、ガスケット本体２１およびフィルムキャリア３１を同時に金型４１から取り出し、ガスケット成形品１１の製造工程を終了する。

尚、金型４１に対しフィルムキャリア３１を供給する際には、図５（Ａ）に示すように、フィルムキャリア３１をガスケット多数個分１列に連続成形した樹脂フィルムのロール体３１Ａを用意して、このロール体３１Ａによってフィルムキャリア３１を金型４１に対し連続供給することが考えられる。ロール体３１Ａには、予め仮止め部３４を設けても良く、図５（Ｂ）に示すようにロール体３１Ａの状態のままでフィルムキャリア３１の平面上にガスケット本体２１を成形するようにしても良い。また、平面長方形状を呈するガスケット本体２１の長手側辺に被仮止め部２５を設ける場合は、ロール体３１Ａに対するガスケット本体２１の向きが図５（Ｂ）に示す向きとなるが、平面長方形状を呈するガスケット本体２１の短手側辺に被仮止め部２５を設ける場合には、ロール体３１Ａに対するガスケット本体２１の向きが図６に示す向きとなるので、前者の場合はガスケット本体２１の短手幅、後者の場合はガスケット本体２１の長手幅に応じてロール体３１Ａの幅寸法が定められる。

フィルムキャリア３１は、これを上記したようにロール供給とし、金型４１への供給からガスケット本体２１の成形後の回収までロールにて実施し、燃料電池スタック等の組立て時についてもロール供給としても良い。またこの場合は、フィルムキャリア３１の平面上にガスケット本体２１を成形してからフィルムキャリア３１を再度ロール状に巻回することになるので、図７（Ａ）に示すように被仮止め部２５の高さ寸法ｈ_１をガスケット本体２１の高さ寸法（フィルムキャリア３１平面上からの高さ寸法）ｈ_２よりも大きく設定し、これにより図７（Ｂ）に示すように再度ロール状に巻回したときにガスケット本体２１がその外周側に巻回されるフィルムキャリア３１の裏面に接触しないようにすると、ガスケット本体２１が巻回力によって、いびつに変形してしまうなどの不具合を防止することができる。このとき被仮止め部２５は、仮止め機能のみでなく、巻回積層方向（ロール体３１Ａの径方向）のスペーサーとしても機能する。

１１ ガスケット
２１ ガスケット本体
２２ 外周シール部
２３ 内側シール部
２４ 貫通部
２５ 被仮止め部
３１ フィルムキャリア
３１Ａ ロール体
３２ ガスケット保持部
３３ 空間部
３４ 仮止め部
４１ 金型
４２ 上型
４３ 下型
４４ パーティング部
４５ キャビティ部
４５ａ ガスケット成形用キャビティ部
４５ｂ 被仮止め部成形用キャビティ部

Claims (5)

1. ラバーオンリータイプのガスケット本体と、前記ガスケット本体を非接着状態で保持する樹脂フィルムよりなるフィルムキャリアとの組み合わせよりなるガスケット成形品であって、
   前記フィルムキャリアは、前記ガスケット本体を保持するガスケット保持部のほかに、前記ガスケット本体を当該フィルムキャリアに対し仮止めする表面処理による仮止め部を有し、
   前記ガスケット本体は、前記仮止め部に仮止めされる被仮止め部を有することを特徴とするガスケット成形品。
2. 請求項１記載のガスケット成形品において、
   前記ガスケット保持部は、前記樹脂フィルムの平面上一部が前記ガスケット本体の外形形状に沿って変形した形状の立体部として設けられていることを特徴とするガスケット成形品。
3. 請求項１または２記載のガスケット成形品において、
   前記ガスケット本体は、燃料電池スタックに組み込まれる燃料電池用ガスケットとして用いられることを特徴とするガスケット成形品。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載したガスケット成形品を製造する方法であって、
   フィルムキャリアとされる樹脂フィルムの平面上一部に表面処理を施すことにより仮止め部を設ける工程と、
   前記仮止め部を設けた前記樹脂フィルムを金型のパーティング部に挟み込んだ状態で前記金型によりガスケット本体を成形し、このとき、成形材料充填圧力で前記樹脂フィルムの平面上一部を金型キャビティ内面に沿って変形させることにより前記樹脂フィルムに立体部を形成するとともに、前記ガスケット本体に被仮止め部を一体成形して前記被仮止め部を前記仮止め部に対し密着させる工程と、
   前記ガスケット本体の成形後、型開きしてから、前記ガスケット本体および前記樹脂フィルムを同時に前記金型から取り出す工程と、を順次実施することを特徴とするガスケット成形品の製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法において、
   前記樹脂フィルム乃至前記フィルムキャリアをロール供給することを特徴とするガスケット成形品の製造方法。

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