JP6633617B2 - 部品上にガスケットを製造する方法、およびかかる方法における使用のための成形ツール - Google Patents

Description

本発明は、成形ツールを用いて部品上にガスケットを製造する方法、およびかかる方法における使用のための成形ツールに関する。

一方のスペースから他方への所望でない物質移動を避けるために、幅広いシーリング成分が用いられている。かかるシールは、様々な方法で製造することができる。

数多くの用途分野に対して、ガスケットが個別の構成要素として製造され、そうして適切な位置に挿入され、ここで、この目的のために、多くの場合、溝がシールされる部品に備えられ、これにガスケットが挿入またはプレスされる。

部品上にシールを形成する方法はＥＰ １ ４７７ ７１２ Ａ１から知られており、ここでは、まずシーリング材料がスクリーン印刷によってシールされる部品に施され、その後、ツールを用いて、最終のシールの形状をシーリング材料に押し付ける。

シールされる部品にガスケットを直接施すことができる別の方法が従来技術から知られている；これに関して、例えばＵＳ ７，７９０，０９４ Ｂ２を参照のこと。この方法は、固定されるシールされる部品を含む金型、およびその際に射出成形法を用いて対応する供給導管を通じて金型に形成される空隙中に圧力下で射出されるシーリング材料を提供する。さらに、ＵＶ硬化性シーリング材料およびＵＶ透過性成形ツールを用いることが既に知られており、このシーリング材料の硬化は金型を通じたＵＶ放射によって行うことができる。かかる方法はまた、「モールド−イン−プレイス」（ＭＩＰ）または「キュア−イン−プレイス」（ＣＩＰ）の用語で知られている。

射出成形法の１つの欠点は、加圧充填法のために、シーリング材料が望ましくない位置で逃げないように部品およびツールを互いに十分に堅く固定し、さらに互いに対してシールすることを確実にするように注意しなければならないことである。そのため、シーリング材料を射出するために用いることができる圧力は制限される。しかし、特に、非常に小さい寸法を有するガスケットを製造する場合、それは例えば乗物の駆動系で用いられる部品に使用されると、制限された圧力を用いて、対応する小さい空隙中にシーリング材料を射出することは困難であると見出されている。

欧州特許出願公開第１４７７７１２号公報 米国特許第７７９００９４号明細書

したがって、本発明の目的は、成形ツールを用いて部品上にガスケットを製造する方法、およびかかる方法において用いられる成形ツールを提供することであり、これにより、従来技術からの欠点を克服することができる。

この目的は、請求項１に記載の方法および請求項１０に記載の成形ツールによって達成される。

本発明による成形ツールの一実施態様の概略断面図を示す。 本発明による成形ツールの別の実施態様の概略断面図を示す。 本発明による方法による一連の方法工程の概略説明図を示す。

本発明の有利な実施態様および改良が従属請求項の主題である。

請求項１によれば、本発明は、成形ツール（shaping tool）を用いて部品上にガスケットを製造する方法に関し、ここで、ガスケットのために用いられる材料はＵＶ硬化性シーリング材料であり、成形ツールは、上面および下面、および成形ツールの下面に向いて開いており、シーリング材料で充填するために備えられる少なくとも１つの空隙を含み、さらに成形ツールは、少なくとも空隙の領域においてＵＶ透過性材料から構成され、次の工程：
１．シーリング材料を成形ツールの空隙中に導入する工程；
２．シーリング材料が供給されたツールの下面上に部品を配置する工程；
３．部品をツール上にプレスする工程；
４．ＵＶ放射によってシーリング材料を硬化する工程；および
５．ツールを、部品およびそれに結合するガスケットから除去する工程
を表示順で含む。

言い換えれば、本発明による方法は主に、第１方法工程において、シーリング材料を、成形ツールの下面に向いて開いているツールの空隙中に導入すること、および次の方法工程において初めて、シールされる部品を、シーリング材料で充填されるツールの下面上に配置することを特徴とする。圧力下での成形ツール（以下、金型ともいう）の充填はこうして取り除かれ、その結果、金型の加圧充填に伴う上記の不利な点を克服することができる。

「下面」および「上面」の表示は、原則、互いに取り換え可能であり、すなわち、空隙が開いている成形ツールの側を上面ということもでき、空隙から離れて面する側を成形ツールの下面ということもできる。

シールされる部品は、任意の適当な部品を意味すると理解してよい。例えば、燃料電池の製造における場合と同様に、この部品は、特にフィルム状のデザインを有してよく、またはフィルムとして設計されていてよい。

方法工程２および３に記載されるように、ツール上に部品を配置およびプレスすることは、部品とツールとの間の相対的な動きを意味すると理解される。そのため、本発明はまた、ツールが部品上に配置され、プレスされる方法を明確にカバーする。必須であることは、部品および先行する方法工程においてシーリング材料で充填された成形ツールを互いに近くに導き、互いにプレスすることである。

原理上、本発明による方法により、あらゆる任意の高さのガスケットを実行することができる；しかし、該方法は、例えば、燃料電池の製造において使用されるように、非常に小さい寸法および０．２〜１ｍｍの高さを有するガスケットの製造に特に適当である。しかし、かかるガスケットは他分野、特にエンジンの製造においても使用できることは当然である。

本発明の一提案態様によれば、成形ツールの空隙中へのシーリング材料の導入を、スクリーン印刷法を用いて行うことがもたらされる。この目的のために、金型がスクリーン印刷機中に配置され、シーリング材料が、スキージーを用いて微細メッシュ（fine-meshed）スクリーンを通して金型の空隙に導入される。シーリング材料が、意図する領域（ここでは空隙の領域である）のみに施されるように、テンプレートを用いてスクリーンを製造することができ、スクリーンは、この領域の外にシーリング材料を通さないように設計される。空隙の深さおよびそれゆえ形成されるガスケット高に応じて、シーリング材料の複数のスキージングが、空隙を完全に充填するために必要であり得る。

従来技術において通常である射出成形とは反して、このように完全に圧力のない金型充填が可能である。

本発明によれば、特により大きいガスケット高を形成するために、ロボットシステムを用いてよく、これは、自動化された方法によりシーリング材料を成形ツールの空隙中に直接導入する。

本発明の一実施態様は、少なくとも空隙の領域において、フレキシブル材料、好ましくはシリコーンまたはケイ素に基づくフレキシブル材料から構成される成形ツールを提供する。この方法において、硬化が完了した後、シールされる部品およびそこに結合するガスケットから金型を容易に除去することができる。この目的のために、フレキシブル材料は好ましくは、加工されるシーリング材料に対して良好な剥離作用および良好な成形挙動を示す。本発明によるシーリング材料の硬化はＵＶ放射により起きるため、フレキシブル材料は、少なくとも空隙の領域において、さらにＵＶ透過性およびＵＶ安定性である。空隙の領域において、成形ツールは、上面から下面まで全体にわたって、ＵＶ透過性材料から構成されてよい。

フレキシブル材料、例えばシリコーンの更なる利点は、金型とシールされる部品との間の耐久性を補うことができることである。フレキシブル材料から構成される金型は、理想的には、シールされる部品の表面に適合する。これは、射出成形法とは対照的に、金型による部品の固定および付随するプレス圧力が省略されるため、本発明による方法において特に重要である。

しかし、原則、それが必要なＵＶ透過性を有する限り、空隙の領域において非フレキシブル材料を使用してもよい。これには、例えば、ガラス、ポリカーボネートまたはＰＭＭＡが含まれる。

金型を安定化するために、一部の領域において、それは、例えば、鋼、アルミニウムまたはプラスチック材料等の非フレキシブル材料から構成されてよい。この方法において、成形ツールは取り扱いがより容易であり、損傷を受け難い。しかしながら、いずれの場合においても、成形ツールは、少なくとも空隙の領域においてＵＶ透過性材料から構成される。したがって、成形ツールのための適切な材料の組合せは、例えば、アルミニウムおよびシリコーン、または鋼およびシリコーンである。

本発明による方法は、シーリング材料としてのＵＶ開始硬化メカニズムを有する材料を提供する。本発明の一提案態様によれば、かかる材料は、ポリアクリレート-またはポリイソブチレン-系であってよい。さらに、シーリング材料は、スクリーン印刷法を用いる場合、シーリング材料の塗布中に製品中に気泡発生が起きないことが好ましい。これは、場合により、適切な消泡剤を添加することによって達成してよい。

本発明の一概念によれば、ＵＶ硬化性シーリング材料の硬化は、ＵＶチャンバーにおいて行ってよく、ここには、その上に配置された部品を有する金型が導入される。別の方法として、金型と部品との組み合わせを、硬化が行われるＵＶ ＬＥＤフィールドの近くに導いてよい。放射されるＵＶ放射線の波長範囲は、好ましくは２００〜５５０ｎｍの間である。様々な波長のスペクトルを有する放射線、または個々の別個の波長のスペクトル、例えば３７５ｎｍまたは４０５ｎｍを有する放射線をこの目的のために用いてよい。

本発明の一つの別の実施態様は、成形ツール上に直接施される、ＵＶ ＬＥＤを用いて行われるシーリング材料の硬化を提供する。この方法において、ツールおよび部品をＵＶチャンバーに導入する手作業工程が省略されるか、または外部のＵＶ ＬＥＤフィールドおよびＵＶ放射線をさらに、空隙の領域において非常に正確に適用することができる。ＵＶチャンバーに関連する上記のコメントは、放射されるＵＶ放射線の波長範囲に関して同じく適用することができる。

請求項１０によれば、本発明はまた、請求項１〜９のいずれかに記載の部品上にガスケットを製造する方法において用いるための成形ツールであって、ツールは、上面および下面、および下面に向く開孔を有し、空隙をシーリング材料で充填することができる下面上に設けられた少なくとも１つの空隙を含み、さらに成形ツールは、少なくとも空隙の領域においてＵＶ透過性材料から構成され、空隙の開孔を通じて、ツールは、シーリング材料を供給するための成形ツールの縁部に対して開いている供給導管を全く有さない、成形ツールを提供する。

本発明による方法に関して既に上述したコメントは、用語「上面」および「下面」に適用される。

よって、射出成形法において使用される成形ツールとは対照的に、特許請求されたツールは、シーリング材料を射出するためのツールの縁部に対して開いている供給導管を全く有さない。本発明によれば、ツールの縁部は、空隙が設けられている下面を除いて、ツールのすべての外側境界を意味すると理解される。むしろ、本発明による金型は、最初にシーリング材料で充填され、より具体的には、このように充填された金型上に、シールされる部品を配置する前に、ツールの下面に向く空隙の開孔中にシーリング材料を導入することによって、充填される。

ツールは、少なくとも空隙の領域において、フレキシブル材料、例えばシリコーンから構成されることが好ましい。さらに、成形ツールは、より容易な取扱いおよび安定化を可能にするため、一部の領域において、非フレキシブル材料、例えば鋼、アルミニウムまたはプラスチック材料から構成されてもよい。

本発明によるツールの一実施態様によれば、ＵＶ ＬＥＤを成形ツールに直接的に適用し、そのため、シーリング材料の硬化を、部品およびツールの更なる移動なしに行うことができ、さらに、容易にローカライズできる方法で行うことができる。

以下において、例示的な実施態様に基づいて、および添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図面において：
図１は：本発明による成形ツールの一実施態様の概略断面図を示し；
図２は：本発明による成形ツールの別の実施態様の概略断面図を示し；
図３は：本発明による方法の一連の方法工程の概略説明図を示す。

図１は、全体がシリコーンから構成される、数字１０で示される成形ツールの断面図を示す。ツール１０は、上面１１および下面１２、ならびにツール１０の下面１２に対して開いている円形の空隙１３を有する。

図２は、全体的に数字１４で示された成形ツールの別の実施態様を示す。ツール１４は、シリコーンから構成される環１５を含み、その中に、図１に示される例示的な実施態様と同様に空隙１３が形成されている。シリコーン環１５はＵＶ透過性である。空隙１３は、ツール１４の下面１２に対して開いている。シリコーン環１５は、鋼から構成される安定化補助具１６に組み込まれ、シリコーン環１５は側面凹部１７を有し、ここで、安定化補助具１６の突起１８が、さね継ぎ（tongue-and-groove joint）の原理により係合し、それにより、シリコーン環１５および安定化補助具１６の相対的動きが抑制される。

ＵＶ ＬＥＤ １９から構成されるリングがシリコーン環１５の上に配置され、ここで該ＬＥＤは、２００〜５５０ｎｍの間の波長範囲のＵＶ放射線を放射する。クランプ２０は、ＵＶ ＬＥＤおよびツール１４の個々の部品を固定するために、ＵＶ ＬＥＤおよび安定化補助具１６の中心コアにわたって導かれ、クランプは、スクリュー２１によりツール１４の縁部領域において安定化補助具１６に固定される。

図２において断面図のみで示されるツール１４は、略正方形の外形を有する。安定化補助具に組み込まれたシリコーン環１５は、同様に、丸い縁部を有する正方形の形状で導かれ、そのため、空隙１３もこの形状に従う。言うまでもないが、ツール１４およびシリコーン環１５、ならびにそこに形成される空隙１３は、任意の他の形状、例えば円または楕円の形状を有してもよい。

図３は、図１および２による成形ツールを用いて部品上にガスケットを製造する方法を行うための一連の個々の方法工程の概略説明図を示す。図２のツール１４を用いる特定の一連の方法は、以下の通りであってよい：工程１において、まずポリアクリレート系のシーリング材料を、スクリーン印刷法を用いて成形ツール１４の空隙１３中に導入する。この目的のために、ツール１４を、図２における図に関して１８０°回転させ、そうして、ツール１４の下面１２が開いている空隙１３と共に上向きになる。シーリング材料を、適当に製造されたスクリーンを通して塗布し、スキージーによりスクリーンを通してプレスし、空隙１３中に導入する。空隙１３がシーリング材料で完全に充填されるまで、この方法工程を繰り返す。

方法工程２により、次に、シールする部品（図示されていない）を、シーリング材料が供給されたツール１４の下面１２上に配置し、方法工程３により、ツール１４上にプレスする。

次の方法工程４において、ツール１４上に設けられたＵＶ ＬＥＤ １９のスイッチを入れて作動させ、ＵＶ放射によりシーリング材料を硬化させる。シリコーン環１５のＵＶ透過性のために、ＵＶ放射線は、空隙１３の領域に容易に入り、そこでシーリング材料において硬化メカニズムを開始する。放射の継続時間は、硬化させるシーリング化合物の量による。０．２〜１ｍｍの範囲におけるシーリング高さのためには、硬化を数秒以内で行う。

硬化が完了した後、最後の方法工程５において、シールする部品およびそれに結合するガスケットからツール１４を除去する。これは、ポリアクリレート系のシーリング材料に関してシリコーンの良好な剥離（取り外し）作用に起因して、容易に行うことができる。

原理上、本発明による方法により、充填プロセスおよび硬化プロセスを互いから分離できるため、従来の射出成形法より高いプロセス速度が可能となる。さらに、射出ユニットを排除することにより、ツールおよびプロセスコストを低減することができる。最後に、必要とされる射出圧力のため、および、ツールと部品との間の調整（アラインメント）が常に最適ではないため、射出成形法においてどうしても生じる、製造されるガスケットの配置上の間違いを避けることができる。
本明細書の当初の開示は、少なくとも下記の態様を包含する。
〔１〕成形ツール（１０，１４）を用いて部品上にガスケットを製造する方法であって、ガスケットのために用いられる材料はＵＶ硬化性シーリング材料であり、成形ツール（１０，１４）は、上面（１１）および下面（１２）、および成形ツール（１０，１４）の下面（１２）に対して開いており、シーリング材料で充填するために備えられた少なくとも１つの空隙（１３）を含み、さらに成形ツール（１０，１４）は少なくとも空隙（１３）の領域においてＵＶ透過性材料から構成され、次の工程：
１．シーリング材料を成形ツール（１０，１４）の空隙（１３）中に導入する工程；
２．シーリング材料が供給されたツール（１０，１４）の下面（１２）上に部品を配置する工程；
３．部品をツール（１０，１４）上にプレスする工程；
４．ＵＶ放射によってシーリング材料を硬化する工程；および
５．ツール（１０，１４）を、部品およびそれに結合するガスケットから除去する工程
を表示順で含む、方法。
〔２〕シーリング材料は、スクリーン印刷法を用いて成形ツール（１０，１４）の空隙（１３）中に導入されることを特徴とする、前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕シーリング材料は、ロボットシステムにより自動化された方法で成形ツール（１０，１４）の空隙（１３）中に導入されることを特徴とする、前記〔１〕に記載の方法。

〔４〕成形ツール（１０，１４）は、少なくとも空隙（１３）の領域においてフレキシブル材料から構成されることを特徴とする、前記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の方法。
〔５〕フレキシブル材料はシリコーンであることを特徴とする、前記〔４〕に記載の方法。
〔６〕成形ツール（１０，１４）は、一部の領域において非フレキシブル材料から構成されることを特徴とする、前記〔４〕または〔５〕に記載の方法。
〔７〕シーリング材料は、ＵＶ硬化性ポリアクリレート-またはポリイソブチレン-系材料であることを特徴とする、前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の方法。
〔８〕シーリング材料の硬化は、ＵＶチャンバーにおいて、またはＵＶ ＬＥＤフィールドによって行われることを特徴とする、前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の方法。
〔９〕シーリング材料の硬化はＵＶ ＬＥＤ（１９）を用いて行われ、これは成形ツール（１０，１４）に直接施されることを特徴とする、前記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の方法。
〔１０〕前記〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の部品上にガスケットを製造する方法において用いるための成形ツール（１０，１４）であって、ツール（１０，１４）は、上面（１１）および下面（１２）、および下面（１２）に向く開孔を有し、空隙（１３）をシーリング材料で充填することができる下面（１２）上に設けられた少なくとも１つの空隙（１３）を含み、さらに成形ツール（１０，１４）は、少なくとも空隙（１３）の領域においてＵＶ透過性材料から構成され、空隙（１３）の開孔を通じて、成形ツール（１０，１４）は、シーリング材料を供給するための成形ツール（１０，１４）の縁部に対して開いている供給導管を全く有さないことを特徴とする、成形ツール（１０，１４）。
〔１１〕ツール（１０，１４）は、少なくとも空隙（１３）の領域においてフレキシブル材料から構成されることを特徴とする、前記〔１０〕に記載の成形ツール（１０，１４）。
〔１２〕成形ツール（１０，１４）は、一部の領域において非フレキシブル材料から構成されることを特徴とする、前記〔１０〕または〔１１〕に記載の成形ツール（１０，１４）。
〔１３〕ＵＶ ＬＥＤ（１９）は成形ツール（１０，１４）に直接施されることを特徴とする、前記〔１０〕〜〔１２〕のいずれかに記載の成形ツール（１０，１４）。

１０ 成形ツール
１１ 上面
１２ 下面
１３ 空隙
１４ 成形ツール
１５ シリコーン環
１６ 安定化補助具
１７ 側面凹部
１８ 突起
１９ ＵＶ ＬＥＤ
２０ クランプ
２１ スクリュー

Claims (9)

1. 成形ツール（１０，１４）を用いて部品上にガスケットを製造する方法であって、ガスケットのために用いられる材料はＵＶ硬化性シーリング材料であり、成形ツール（１０，１４）は、上面（１１）および下面（１２）、および成形ツール（１０，１４）の下面（１２）に対して開いており、シーリング材料で充填するために備えられた少なくとも１つの空隙（１３）を含み、さらに成形ツール（１０，１４）は少なくとも空隙（１３）の領域においてＵＶ透過性材料から構成され、成形ツール（１０，１４）は、少なくとも空隙（１３）の領域においてフレキシブル材料から構成され、かつ、成形ツール（１０，１４）は、一部の領域において非フレキシブル材料から構成され、次の工程：
   １．シーリング材料を成形ツール（１０，１４）の空隙（１３）中に導入する工程；
   ２．シーリング材料が供給されたツール（１０，１４）の下面（１２）上に部品を配置する工程；
   ３．部品をツール（１０，１４）上にプレスする工程；
   ４．ＵＶ放射によってシーリング材料を硬化する工程；および
   ５．ツール（１０，１４）を、部品およびそれに結合するガスケットから除去する工程
   を表示順で含む、方法。
2. シーリング材料は、スクリーン印刷法を用いて成形ツール（１０，１４）の空隙（１３）中に導入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. シーリング材料は、ロボットシステムにより自動化された方法で成形ツール（１０，１４）の空隙（１３）中に導入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. フレキシブル材料はシリコーンであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. シーリング材料は、ＵＶ硬化性ポリアクリレート-またはポリイソブチレン-系材料であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. シーリング材料の硬化は、ＵＶチャンバーにおいて、またはＵＶ ＬＥＤフィールドによって行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. シーリング材料の硬化はＵＶ ＬＥＤ（１９）を用いて行われ、これは成形ツール（１０，１４）に直接施されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の部品上にガスケットを製造する方法において用いるための成形ツール（１０，１４）であって、ツール（１０，１４）は、上面（１１）および下面（１２）、および下面（１２）に向く開孔を有し、空隙（１３）をシーリング材料で充填することができる下面（１２）上に設けられた少なくとも１つの空隙（１３）を含み、さらに成形ツール（１０，１４）は、少なくとも空隙（１３）の領域においてＵＶ透過性材料から構成され、空隙（１３）の開孔を通じて、成形ツール（１０，１４）は、シーリング材料を供給するための成形ツール（１０，１４）の縁部に対して開いている供給導管を全く有さないことを特徴とし、成形ツール（１０，１４）は、少なくとも空隙（１３）の領域においてフレキシブル材料から構成され、かつ、成形ツール（１０，１４）は、一部の領域において非フレキシブル材料から構成される、成形ツール（１０，１４）。
9. ＵＶ ＬＥＤ（１９）は成形ツール（１０，１４）に直接施されることを特徴とする、請求項８に記載の成形ツール（１０，１４）。

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