JP6600230B2 - ガスケットの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ディスペンサによって板体の上面に塗布した液状成形材料の塗布層を硬化させることによってガスケットを製造する方法に関する。
シール部品の一種として、図１６に示すように、基板１の上面に、ゴム状弾性体（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるガスケット２を一体に成形した基板一体型ガスケット１０がある。典型的な例としては、燃料電池セルを多数積層した構造を備える燃料電池には、燃料ガスや酸化ガス等をシールするためのシール手段として、燃料電池セルの構成部品であるセパレータなどの基板の上面に、ゴム状弾性体からなるガスケットを一体に成形した基板一体型ガスケットが用いられている。
このような基板一体型ガスケット１０を製造する方法としては、ディスペンサを用いて基板１の上面に所定のパターンで液状ゴムを無端状に塗布し、この液状ゴムの塗布層を架橋硬化させることによって、図１６に示すガスケット２を成形すると同時に基板１に一体化させることが知られている（例えば下記の先行技術文献参照）。
特開２０００−３０２１６０号公報
しかしながら、ディスペンサを用いて塗布された液状ゴムは、基板１の上面からの立ち上がり端部が濡れ性や表面張力によって液だれ形状（曲面状の隆起形状）となり、したがって、この形状で液状ゴムが架橋硬化することにより得られるガスケット２は、図１７に示すように幅方向両側に高さ不足となる部分２ａを有し、断面形状及び高さ精度が不安定になるため、シール性が不安定となる懸念があることや、断面形状も限定されてしまうといった問題が指摘される。
また、上述のような方法によれば、ガスケット２が基板１に一体化されていないラバーオンリーのものであっても、同様の問題があった。
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、ディスペンサによって板体に塗布した液状成形材料の塗布層を硬化させることによってガスケットを製造する方法において、ガスケットの断面形状や高さの精度を向上させることにある。
本発明のガスケットの製造方法は、板体の上面にディスペンサによって液状成形材料を塗布して所定のパターンで無端状に延びる塗布層を形成する工程と、下面に前記塗布層と対応する所定のパターンで無端状に延びる成形溝を有する成形治具を前記板体の上に重ね、前記塗布層の断面形状を前記成形溝と対応する断面形状に補正してこの塗布層を硬化させる工程とを備え、成形治具は、前記板体と前記液状成形材料との接着部から離れた位置に、前記成形溝内から押し出される前記液状成形材料によるバリを形成可能なバリ溝を有する。
上記方法によれば、ディスペンサによって板体の上面に所定パターンで塗布された液状成形材料の塗布層は、板体の上に重ねた成形治具によって、その下面の成形溝の断面形状と対応する断面形状に補正され、その状態で前記塗布層が硬化してガスケットとなるので、高精度な断面形状のガスケットが成形される。
上記方法によれば、成形治具を板体の上に重ねたときに、成形治具の成形溝内からはみ出た液状成形材料はバリ溝内に保持され、液状成形材料の硬化によってバリとなり、このバリはガスケットから分離除去することができる。
上記方法によれば、成形治具の成形溝内からはみ出た液状成形材料によるバリが板体と液状成形材料との接着部から離れた位置に形成されるため、バリをガスケットから分離除去する際に板体とガスケットの剥離を防止することができる。
本発明に係るガスケットの製造方法によれば、ディスペンサによる液状成形材料の塗布層の断面形状や高さの精度が向上するので、安定したシール性を奏するガスケットを得ることができる。
ガスケットの製造方法の第一の実施の形態において、ディスペンサによって基板上に塗布層が形成された状態を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第一の実施の形態において、塗布層が形成された基板に成形治具を重ねる過程を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第一の実施の形態において、基板に成形治具を重ねた状態を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第一の実施の形態において、成形治具から基板一体型ガスケットを取り出す過程を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第二の実施の形態において、紫外線によって塗布層を硬化させた状態を示す説明図である。 ガスケットの製造方法において、成形治具の成形溝内の液状成形材料が幅方向両側へはみ出す過程を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第三の実施の形態において、基板に成形治具を重ねた状態を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第三の実施の形態において、製品の取り出し工程を示す説明図である。 ガスケットの製造方法における成形治具の成形溝の断面形状例を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第四の実施の形態において、基板と第一及び第二成形治具を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第四の実施の形態において、第一成形治具を重ねた基板上に、塗布層が形成された状態を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第四の実施の形態において、塗布層が形成された基板に第二成形治具を重ねた状態を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第四の実施の形態において、塗布層を硬化させる工程を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第四の実施の形態において、基板及び第一成形治具から第二成形治具を分離した状態を示す説明図である。 ガスケットの製造方法の第四の実施の形態において、製品の取り出し工程を示す説明図である。 基板一体型ガスケットの一例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。 従来技術によって製造された基板一体型ガスケットの断面形状を示す説明図である。
以下、図１６に示す基板一体型ガスケット１０の製造に適用した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。図１〜図４は、第一の実施の形態を示すものである。
第一の実施の形態においては、まず図１に示すように、金属板からなる基板１の上面１ａに、不図示のディスペンサを用いて、例えば図１６の（Ａ）に示すガスケット２の平面形状と対応する所定のパターンで熱硬化性の液状ゴムを無端状に塗布することによって塗布層２０を形成する。ここで、基板１に対する自己接着性のない材質の液状ゴムを用いる場合は、予め基板１の上面１ａに接着剤を塗布しておく。なお、基板１は板体に相当するものであり、液状ゴムは液状成形材料に相当するものである。
ここで、塗布層２０は、幅ｗ１が、成形すべきガスケットの幅よりも僅かに大きく、高さｈ１が、成形すべきガスケットの高さよりも僅かに高いものとする。また、ディスペンサによって塗布された塗布層２０は、幅方向両端、すなわち基板１の上面１ａからの立ち上がり端部２０ａが、基板１の上面１ａに対する液状ゴムの濡れ性や表面張力によって液だれ形状（曲面状の隆起形状）となっている。
次に図２に示すように、塗布層２０が形成された基板１の上に成形治具３を位置決めして重ねる。成形治具３は、熱伝導性の良い材質からなり、その下面３ａに塗布層２０の平面形状と対応する所定のパターンで延びる成形溝３１を有するものであって、成形溝３１は底面３１ａが平坦であると共に幅方向両側の内側面３１ｂが成形溝３１の底面３１ａ及び成形治具３の下面３ａに対して垂直に形成され、幅ｗ２が、成形すべきガスケットの幅と同等すなわちｗ２＜ｗ１であり、深さｄが、成形すべきガスケットの高さと同等すなわちｄ＜ｈ１となっている。また、好ましくは成形治具３には、基板１の上に重ねたときに成形溝３１内に空気が残留してエアだまりが形成されることのないように、成形溝３１から延びる所要数の不図示のエア抜き孔が形成されている。
したがって成形治具３を、その下面３ａが基板１の上面１ａと密接するように重ねた状態では、図３に示すように、基板１上の塗布層２０は成形溝３１に充填された状態となり、すなわちその断面形状が、成形溝３１の底面３１ａ及び両内側面３１ｂに倣った形状に補正される。
次に、成形治具３を重ねた基板１を、不図示の恒温槽へ送り、この恒温槽内で所定の温度で所定時間加熱することによって、熱硬化性の液状ゴムからなる塗布層２０を架橋硬化させる。塗布層２０は硬化によってガスケット２として成形されると共に、基板１の上面１ａに一体に接着される。そして図４に示すように、成形治具３と基板１とを分離するように開くことによって、図１６に示すように基板１の上面１ａにゴム状弾性体からなるガスケット２を一体に成形した基板一体型ガスケット１０が取り出される。
このようにして成形されたガスケット２は、上述した塗布層２０の硬化過程で、上面２ｂが成形治具３の成形溝３１の底面３１ａによって平坦に形成され、両側面２ｃが成形治具３の成形溝３１の両内側面３１ｂによって垂直な立ち上がり面に形成されるので、高精度な断面形状を有するものであり、したがって安定した性能を奏することができる。
図５は、ガスケットの製造方法の好ましい第二の実施の形態として、成形治具３を透明な材料、例えばガラス等からなるものとし、不図示のディスペンサによって基板１の上面１ａに形成された紫外線硬化型の液状ゴムからなる塗布層２０を、紫外線ＵＶの照射によって硬化させる工程を示している。
すなわち第二の実施の形態では、ディスペンサによって基板１の上面１ａに塗布する液状成形材料として紫外線硬化型の液状ゴムを用いる。そして図１に示すように紫外線硬化型の液状ゴムからなる塗布層２０が形成された基板１の上に、成形治具３をその下面３ａが基板１の上面１ａと密接するように重ねることによって、図３に示すように、基板１上の塗布層２０を成形溝３１に充填された状態とし、その断面形状が、成形溝３１の底面３１ａ及び両内側面３１ｂに倣った形状に補正されたら、そのまま成形治具３の上から不図示の紫外線照射装置によって紫外線ＵＶを照射する。紫外線ＵＶは透明な成形治具３を透過し、そのエネルギによって紫外線硬化型の液状ゴムからなる塗布層２０を硬化させる。このため、恒温槽へ入れる必要がなく、しかも塗布層２０を短時間（例えば数十秒）で硬化させてガスケット２を成形することができる。
紫外線ＵＶの照射によって塗布層２０が架橋硬化してガスケット２が成形されたら、図４に示すように、成形治具３と基板１と分離するように開くことによって、図１６に示すように基板１の上面１ａにゴム状弾性体からなるガスケット２を一体に成形した基板一体型ガスケット１０を取り出すことができる。
なお、上述した各実施の形態において、図２に示すように塗布層２０が形成された基板１の上に成形治具３を重ねる際に、図６に示すように、成形治具３の成形溝３１内の塗布層２０の一部２０ｂが幅方向両側へ押し出されて成形治具３の下面３ａと基板１の上面１ａとの隙間へはみ出すと、その硬化物が薄バリとなり、この薄バリの除去作業が煩雑なものとなってしまうおそれがある。
ガスケットの製造方法の第三の実施の形態は、このような薄バリの発生を防止するため、図７に示すように、成形治具３が、成形溝３１の幅方向両側に位置する適当な深さのバリ溝３２及びこのバリ溝３２と成形溝３１の間の相対的な凸部であるカミキリ部３３を有するものである。その他の構成は、先に説明した第一又は第二の実施の形態と同様とすることができる。
すなわち第三の実施の形態では、基板１の上面１ａのうちガスケットとの接着部となる領域、言い換えれば成形治具３の成形溝３１と対向される領域（図７に細かい斜線を付した領域）に、予め接着剤４を塗布してから、ディスペンサによって、図１に示すように基板１の上面１ａに液状ゴムからなる塗布層２０を形成する。先に説明したように、塗布層２０は、幅ｗ１が、成形すべきガスケットの幅よりも大きく、高さｈ１が、成形すべきガスケットの高さよりも高いものとする。
次に、この基板１の上に、図７に示すように成形治具３をその下面３ａが基板１の上面１ａと密接するように重ねることによって、基板１上の塗布層２０を成形溝３１に充填された状態とする。このとき、成形治具３の成形溝３１内の塗布層２０（液状ゴム）の一部２０ｂが幅方向両側へ押し出されて、カミキリ部３３と基板１の上面１ａとの隙間を通じて成形治具３のバリ溝３２と基板１の上面１ａとの間の空間へ流入する。
次に、液状成形材料として熱硬化性の液状ゴムを用いた場合は、成形治具３を重ねた基板１を不図示の恒温槽へ送ってこの恒温槽内で所定の温度で所定時間加熱し、あるいは液状成形材料として紫外線硬化型の液状ゴムを用いると共に成形治具３を透明材からなるものとした場合は、成形治具３の上から紫外線を照射することによって、基板１上の塗布層２０（液状ゴム）を架橋硬化させる。
そして、塗布層２０の架橋硬化に必要な時間が経過したら、成形治具３と基板１と分離するように開く。図８に示すように、基板１の上面１ａには、成形治具３の成形溝３１内で液状ゴムが硬化することによって成形されると共に接着部４０によって一体に接着されたガスケット２と、バリ溝３２内での液状ゴムの硬化物であるバリ２１が、カミキリ部３３による薄肉の連結部２２を介して互いに連結された状態となっている。そしてこのバリ２１は、基板１の上面１ａとは非接着であるため、連結部２２で引きちぎるようにしながらガスケット２から容易に除去することができ、図１６に示すように基板１の上面にゴム状弾性体からなるガスケット２を一体に成形した基板一体型ガスケット１０を得ることができる。
なお、上述した各実施の形態では、ガスケット２として上面が平坦なフラットガスケットを成形するものとして説明したが、成形治具３の成形溝３１の断面形状によって、例えば図９の（Ａ）に示すように、かまぼこ形の隆起形状のシールビード２ｄを有するものや、図９の（Ｂ）に示すように、断面が逆Ｖ字形の隆起形状のシールビード２ｅを有するものや、図９の（Ｃ）に示すように、複数のシールビード２ｆを有するものなど、種々の断面形状のガスケットを成形することができる。したがって、成形治具３の成形溝３１の加工形状の変更のみで複雑な形状のガスケットを成形できるため、仕様変更の要求に低コストで対応することができる。
また、上述した実施の形態はいずれも、図１６に示すように基板１の上面１ａにゴム状弾性体からなるガスケット２を一体に成形した基板一体型ガスケット１０を製造するものとして説明したが、基板１の上面１ａに接着剤を塗布せず、液状成形材料に自己接着性のない材質のものを用いることによってラバーオンリーのガスケットを成形する場合にも、本発明を適用することができる。
また、先に説明した第三の実施の形態によれば、図８に示すように、成形治具３を基板１から分離した後で、バリ２１を、薄肉の連結部２２において引きちぎるようにしながらガスケット２から除去する際に、引きちぎり位置（連結部２２）が基板１の上面１ａとガスケット２との接着部４０に沿っているため、バリ２１を引っ張ることにより連結部２２に集中する応力が、接着部４０へ剥離力として直接作用することになる。
ガスケットの製造方法の第四の実施の形態は、バリ２１を除去する際にガスケット２と基板１との接着部４０に作用する剥離力を有効に抑制するため、図１０に示すように、複数の成形治具（第一成形治具３Ａ及び第二成形治具３Ｂ）を用いるものである。
詳しくは、第一成形治具３Ａは、図１１に示すように、下面３ａが基板１の上面１ａと密接可能であり、内周面３ｂが成形すべきガスケットの外周形状を規定する形状に形成されており、上面３ｃに適当な深さのバリ溝３２及びこのバリ溝３２と内周面３ｂの間の相対的な凸部であるカミキリ部３３を有する。
また、第二成形治具３Ｂは、下面３ｄが基板１の上面１ａと密接可能で外周面３ｅが成形すべきガスケットの内周形状を規定する形状に形成された成形突起３４を有し、この成形突起３４の外周側下面３ｆは第一成形治具３Ａの上面３ｃと密接可能となっている。
そして図１２に示すように、第一成形治具３Ａと第二成形治具３Ｂを基板１上に位置決めして重ね合わせることによって、第一成形治具３Ａの内周面３ｂと第二成形治具３Ｂの成形突起３４の外周面３ｅ及び外周側下面３ｆとで、成形すべきガスケットの平面形状及び断面形状と対応する成形溝３１を構成するものであり、この成形溝３１と基板１の上面１ａとの間にガスケット成形空間Ｃを画成し、第一成形治具３Ａの上面３ｃに形成されたバリ溝３２及びカミキリ部３３と、第二成形治具３Ｂの外周側下面３ｆの間に、ガスケット成形空間Ｃと連続すると共に基板１の上面１ａ（図１２に示す基板１とガスケット２の接着部４０）から離れたバリ形成空間Ｄを画成するようになっている。
したがって第四の実施の形態によれば、まず図１１に示すように、基板１の上面１ａに第一成形治具３Ａを位置決めして重ね合わせてから、不図示のディスペンサを用いて、基板１の上面１ａのうち第一成形治具３Ａの内周面３ｂの内周側に沿って、液状ゴムを塗布することによって無端状の塗布層２０を形成する。このとき、基板１の上面１ａのうち塗布層２０を塗布すべき領域には、予め接着剤４を塗布しておく。
ここで、液状ゴムの塗布層２０の高さｈ１は、成形すべきガスケットの高さよりも高く、液状ゴムの塗布層２０体積は、基板１に第一成形治具３Ａ及び第二成形治具３Ｂを位置決めして重ねたときに、第一成形治具３Ａ及び第二成形治具３Ｂによる成形溝３１と基板１の上面１ａとの間に形成されるガスケット成形空間Ｃの容積よりも大きく、かつ第一成形治具３Ａのバリ溝３２及びカミキリ部３３と第二成形治具３Ｂの外周側下面３ｆの間に形成されるバリ形成空間Ｄの容積と成形空間Ｃの容積の和よりも小さいものなっている。また、この塗布層２０は、基板１の上面１ａに対する液状ゴムの濡れ性や表面張力によって液だれ形状（曲面状の隆起形状）となっている。
次に図１２に示すように、基板１及び第一成形治具３Ａに、第二成形治具３Ｂを位置決めして重ね合わせる。上述のように、塗布層２０は、高さｈ１が、成形すべきガスケットの高さよりも高く、体積が、第一成形治具３Ａ及び第二成形治具３Ｂによる成形空間Ｃの容積より大きいことから、第二成形治具３Ｂを重ね合わせる過程でガスケット成形空間Ｃ内の塗布層２０（液状ゴム）の一部２０ｂが第一成形治具３Ａのカミキリ部３３と第二成形治具３Ｂの外周側下面３ｆとの隙間を通じて押し出されて、第一成形治具３Ａのバリ溝３２と第二成形治具３Ｂの外周側下面３ｆの間のバリ形成空間Ｄへ流入する。
次に、液状成形材料として熱硬化性の液状ゴムを用いた場合は、第一成形治具３Ａ及び第二成形治具３Ｂを重ね合わせた基板１を不図示の恒温槽へ送ってこの恒温槽内で所定の温度で所定時間加熱し、あるいは液状成形材料として紫外線硬化型の液状ゴムを用いると共に第一成形治具３Ａ及び第二成形治具３Ｂを透明材からなるものとした場合は、図１３に示すように、第一成形治具３Ａ及び第二成形治具３Ｂの上から紫外線ＵＶを照射することによって、基板１上の塗布層２０（液状ゴム）を架橋硬化させる。
これによって、ガスケット成形空間Ｃ内には接着部４０を介して基板１の上面１ａに一体に接着されたガスケット２が成形され、バリ形成空間Ｄ内にはカミキリ部３３による薄肉の連結部２２を介してガスケット２と連続したバリ２１が形成される。
次に図１４に示すように、第二成形治具３Ｂを基板１から分離するように開き、図１５に示すように、第一成形治具３Ａのバリ溝３２に非接着で保持されているバリ２１を、カミキリ部３３上の連結部２２において引きちぎるようにして除去する。このとき、バリ２１及び連結部２２は、ガスケット２と基板１の上面１ａとの接着部４０から離れた位置にあるため、バリ２１をガスケット２から引きちぎって除去する際に、連結部２２における破断の際の応力が接着部４０の剥離力として作用しにくくなり、したがって基板１からのガスケット２の剥離を有効に防止することができる。そして第一成形治具３Ａを基板１から分離するように開くことによって、基板１の上面１ａにゴム状弾性体からなるガスケット２を一体に成形した基板一体型ガスケット１０を得ることができる。
そしてこの第四の実施の形態でも、第一成形治具３Ａの内周面３ｂと第二成形治具３Ｂの成形突起３４の外周面３ｅ及び外周側下面３ｆからなる成形溝３１の断面形状によって、先に説明した図９の（Ａ）〜（Ｃ）に示すような種々の断面形状のガスケット２を成形することができる。したがって、第一成形治具３Ａの内周面３ｂと第二成形治具３Ｂの成形突起３４の外周面３ｅ及び外周側下面３ｆの加工形状の変更のみで複雑な形状のガスケットを成形できるため、仕様変更の要求に低コストで対応することができる。
１ 基板（板体）
２ ガスケット
２０ 塗布層
３ 成形治具
３Ａ 第一成形治具
３Ｂ 第二成形治具
３１ 成形溝
３２ バリ溝
３３ カミキリ部
４０ 接着部

Claims (2)

  1. 板体の上面にディスペンサによって液状成形材料を塗布して所定のパターンで無端状に延びる塗布層を形成する工程と、
    下面に前記塗布層と対応する所定のパターンで無端状に延びる成形溝を有する成形治具を前記板体の上に重ね、前記塗布層の断面形状を前記成形溝と対応する断面形状に補正してこの塗布層を硬化させる工程と、
    を備え、成形治具は、前記板体と前記液状成形材料との接着部から離れた位置に、前記成形溝内から押し出される前記液状成形材料によるバリを形成可能なバリ溝を有することを特徴とするガスケットの製造方法。
  2. 液状成形材料が紫外線硬化型液状ゴムからなり、成形治具が透明板からなり、塗布層の硬化が前記成形治具を介して前記塗布層に紫外線を照射することによりなされることを特徴とする請求項１に記載のガスケットの製造方法。
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