JPWO2016194991A1 - ガスケット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

ラバーオンリータイプガスケットの取扱い作業性および組付け箇所への固定性を向上する。この目的を達成するため、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非接着状態で保持する樹脂フィルムよりなるキャリアシートとの組み合わせよりなり、ガスケット本体を組付け箇所に組み付けるときにガスケット本体を組付け箇所に粘着または接着するための粘着部または接着部をガスケット本体に設けたことを特徴とする。粘着部または接着部は、ガスケット本体の側面に張り出し部を設けるとともに張り出し部の表面に粘着剤または接着剤を塗布することにより作製する。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。

Description

本発明は、シール技術に係るガスケット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、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７に示すように構成されている。

すなわち、ガスケット１１の全体としては平面状（平板状）とされ、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７（Ｂ）に示すように、例えば断面円形とされている。

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、例えば外形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（例えば、線径１ｍｍ程度）。したがって搬送時や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いものであって、その取扱い作業性（ハンドリング性）が良くない。また、ガスケット１１を組付け箇所に組み付けるときに位置ずれが生じることが懸念される。

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ができ、しかもガスケット本体を組付け箇所に組み付けるときに位置ずれが生じるのを抑制することができるガスケットとそ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、本発明のガスケットは、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キャリアシートとの組み合わせよりなり、前記ガスケット本体を組付け箇所に組み付けるときに前記ガスケット本体を前記組付け箇所に粘着または接着するための粘着部または接着部を前記ガスケット本体に設けたことを特徴とする（請求項１）。

本発明では、ラバーオンリータイプのガスケット本体を樹脂フィルムよりなるキャリアシートで保持することにより、ガスケットの取扱い作業性を向上する。ガスケット本体はキャリアシートに対し非接着とされるため、組付けに際しキャリアシートから取り外すことが可能とされる。ガスケット本体を組付け箇所に組み付ける際には、ガスケット本体に設けた粘着部または接着部をもってガスケット本体を組付け箇所に粘着または接着することにより、組付け後に位置ずれが生じるのを抑制することが可能とされる。

また、ガスケット本体は平面状（平板状）であり、樹脂フィルムよりなるキャリアシートも平面状（平板状）であることから、ガスケット本体をキャリアシート上に載せただけでは、ガスケット本体をキャリアシートによってしっかりと保持できないことが懸念される。したがってこれに対策するには、キャリアシートにおけるガスケット本体と平面上重なる部位に、ガスケット本体の外形形状に沿って変形した立体形状のガスケット保持部を設けて、このガスケット保持部内にガスケット本体の一部を収めるようにするのが好適であり、これによればガスケット本体がキャリアシートに対し平面上位置決めされるため、ガスケット本体をキャリアシートによってしっかりと保持することが可能とされる。

粘着部または接着部としては、ガスケット本体の平面上一部または全部に粘着剤または接着剤を直接塗布することによりこれを粘着部としても良いが、ガスケット本体の側面に張り出し部を設けて、この張り出し部の表面に粘着剤または接着剤を塗布することにより粘着部または接着部としても良く、この場合には、ガスケット本体はシール機能を担当するとともに粘着部または接着部は粘着または接着による位置ずれ抑制機能・固定機能を担当すると云うように、両機能を分担して発揮することが可能とされる（請求項２）。

尚、粘着剤または接着剤をガスケット本体の相手組付け箇所に対する取付面の全面に塗布する場合には、ガスケット本体の取付面における内側の部分（燃料電池反応面側の部分）にも粘着剤または接着剤が塗布されるので、粘着剤成分または接着剤成分の溶出により燃料電池の性能が低下したり、粘着剤または接着剤がシール対象物（冷却水など）と接触することにより耐久性が低下したりすることが懸念されることがある。そこで、これに対策するには、粘着剤または接着剤をガスケット本体の取付面における外側の部分（外気側の部分）のみに塗布することにより粘着部または接着部をガスケット本体の取付面における外側の部分のみに設け、ガスケット本体の取付面における内側の部分には、粘着剤または接着剤の介在なしでガスケット本体が相手組付け箇所に直接接触する接触部を設けるのが好適であり、これによれば、粘着剤成分または接着剤成分が燃料電池反応面側へ溶出しないため、燃料電池の性能が低下するのを抑制することができ、粘着剤または接着剤がシール対象物（冷却水など）と接触しないため、耐久性が低下するのを抑制することができる（請求項３）。

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キャリアシート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４）。

ガスケットの製造方法としては、ガスケット本体を成形する金型のパーティング部に平面状のキャリアシートを挟み込んだ状態で金型を型締めする工程と、金型でガスケット本体を成形し、このとき成形材料充填圧力でキャリアシート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立体形状のガスケット保持部を成形する工程と、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キャリアシートを同時に金型から取り出す工程とを順次実施し、更にガスケット本体に粘着剤または接着剤を塗布する工程を実施する。キャリアシートは当初、平面状であったものが、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キャリアシートとを組み合わせるようにしたため、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。また、ガスケット本体に粘着部または接着部を設けたため、ガスケット本体を組付け箇所に組み付けるときにガスケット本体に位置ずれが生じるのを抑制することができる。

本発明の実施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Ｃ−Ｃ線拡大断面図 本発明の他の実施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Ｄ−Ｄ線拡大断面図 本発明の実施例に係るガスケットの製造方法の工程説明図 本発明の他の実施例に係るガスケットの平面図 （Ａ）および（Ｂ）共それぞれ本発明の他の実施例に係るガスケットの要部断面図 （Ａ）は本発明の他の実施例に係るガスケットの要部断面図、（Ｂ）は同ガスケットにおける粘着剤塗布工程の説明図 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）本発明は、キャリアシート（フィルムキャリア）付きガスケットに係る。
（２）ラバーオンリーガスケット作製時にキャリア用のフィルムを同時成形したキャリアシート付きガスケット。尚、本ガスケットはスタッキング時にキャリアフィルムを取り外せる構成である。
（３）キャリアフィルムによりスタック組み付け性が向上する。ガスケット中央もしくは端部のキャリアフィルムをスタッキング組み付け時の自動搬送で使用する。キャリアフィルムによりガスケットが矯正されているため、捩れの問題がない。スタッキング時にキャリアフィルムを取り外せるため、重量の低減につながる。
（４）ラバーオンリーガスケットは組付け後に位置ずれが発生する可能性があるので、キャリアシート付きガスケットの一部に粘着部または接着部を設ける。
（５）粘着部または接着部は、ガスケット本体の成形後に粘着剤または接着剤を取り付けることにより作製する。また粘着剤または接着剤は、成形後に取り付ける方法のほかに、一体成形による方法でも作製することができるが、どのような方法で作製するかは、セパレータ等の相手組付け部材の形状や組付け方法等に合わせて適宜設定する。
（６）粘着剤には、ゴム系、シリコン系、ウレタン系またはアクリル系など何れの粘着剤も使用が可能である。接着剤には、ゴム糊系または樹脂系など何れの接着剤も使用が可能である。粘着剤または接着剤の設置個所は、特に限定されず何れの箇所にも設置が可能であり、ガスケット全周でも一部でも良い。

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キャリアシート（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、例えば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、例えばその平面的な大きさを外形略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。

キャリアシート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０．２ｍｍ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、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とするのが好ましい。

キャリアシート３１の平面上一部であってガスケット本体２１と平面上重なる部位に、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のガスケット保持部３２が設けられ、このガスケット保持部３２にガスケット本体２１の厚み方向の一部が収められている。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（凹部）３３内に、ガスケット本体２１の厚み方向片方の一部が収められている。

ガスケット本体２１はキャリアシート３１に対し非接着とされるため、スタッキングに際してキャリアシート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にキャリアシート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が材質上粘着性を備えているため、この粘着性によってガスケット本体２１はキャリアシート３１に対し粘着された状態とされることがある。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キャリアシート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。尚、ここで説明した粘着は、ガスケット本体２１の材質による粘着であって、後記する粘着部２６による粘着とは別異のものである。

また、ガスケット本体２１の側面であってガスケット本体２１の外周側に側面に張り出し部２７が一体に設けられるとともに、この張り出し部２７の厚み方向一面であって組付け時にセパレータ等の相手組付け部材（図示せず）に接触する側の面に粘着剤２８が塗布され、この張り出し部２７および粘着剤２８の組み合わせにより当該ガスケット１１における粘着部２６が設けられている。

張り出し部２７は、ガスケット本体２１の周方向に沿って複数が舌片状のものとして設けられ、よって当該実施例では粘着部２６が図１（Ａ）の平面図に示すように、ガスケット本体２１における外周シール部２２の角部（４箇所）および長手側辺中央部（２箇所）ならびに外周シール部２２と内側シール部２３が交差する部位（８箇所）の都合１４箇所にそれぞれ設けられている。

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キャリアシート３１によって保持されるため、ガスケット１１の搬送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がキャリアシート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をキャリアシート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、キャリアシート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の一部が収められているため、ガスケット本体２１はキャリアシート３１に対し平面上位置決めされる。したがってガスケット１１の搬送に際してガスケット本体２１がキャリアシート３１に対しずれることがないため、ガスケット本体２１をキャリアシート３１によってしっかりと保持することができる。

また、ガスケット本体２１に張り出し部２７および粘着剤２８の組み合わせよりなる粘着部２６が設けられているため、ガスケット本体２１を組付け箇所に組み付ける際にガスケット本体２１を粘着部２６をもって組付け箇所に粘着することにより、ガスケット本体２１をしっかりと固定することができる。したがってガスケット本体２１に組付け後の位置ずれが生じるのを抑制することができる。

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、例えば以下のようなものであっても良い。

すなわち図２の他の例では、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）のシールリップ２５が一体成形されている。この場合、ガスケット本体２１の厚み方向片方の下半分の部位は断面角形とされるので、ガスケット保持部３２の断面形状も断面角形とされている。

つぎに、ガスケットの製造方法を説明する。

当該実施例に係るガスケットの製造方法は、上記図２に示したガスケット１１を製造するものである。製造に際しては、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、所定の大きさの平面状のキャリアシート３１を用意し、図３（Ａ）に示すように、このキャリアシート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が例えば半分ずつ対応して設けられている。キャリアシート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。上型４２におけるキャビティ部４５の側面部には、ガスケット本体２１に張り出し部２７を一体成形するための張り出し成形部４６がキャビティ部４５の一部として設けられている。

次いで、図３（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を充填し、加熱する等して、ガスケット本体２１を成形する。キャビティ部４５へ成形材料を充填したとき、キャリアシート３１はその平面上一部（キャビティ内の部分）が成形材料充填圧力によってキャビティ部４５の内面に押し付けられ、キャビティ部４５の内面に沿ったかたちに変形（塑性変形）し、これによりガスケット保持部３２が成形される。

次いで、図３（Ｃ）に示すように、ガスケット本体２１の成形後、型開きし、ガスケット本体２１およびキャリアシート３１を同時に金型４１から取り出し、次いで図２（Ｂ）に示したように張り出し部２７に粘着剤２８を塗布して粘着部２６を作製する。

ガスケット本体２１およびキャリアシート３１は互いに組み合わされた状態で製品の搬送や保管などを行う。キャリアシート３１によって保持されたガスケット本体２１には捩れ等が生じにくく、よってガスケット本体２１を単品で取り扱う場合よりも取扱い作業性が向上する。また、上記したようにガスケット本体２１に粘着部２６が設けられているため、ガスケット本体２１を組付け箇所に組み付ける際にガスケット本体２１を粘着部２６をもって組付け箇所に粘着することにより、ガスケット本体２１をしっかりと固定することができる。したがってガスケット本体２１に位置ずれが生じるのを抑制することができる。

尚、粘着部２６については、種々の態様が考えられ、粘着部２６は例えば、以下のようなものであっても良い。
（１）上記実施例では、粘着部２６がガスケット本体２１の周方向に沿って複数個所に設けられているが、これに代えて図４に示すように、粘着部２６をガスケット本体２１の全周に亙って連続したものとして設ける。
（２）上記実施例では、粘着部２６がガスケット本体２１の外周側の側面に設けられているが、これに代えて、粘着部２６をガスケット本体２１の内周側の側面に設け、または図５（Ａ）に示すように、粘着部２６をガスケット本体２１の外周側の側面および内周側の側面の双方にそれぞれ設ける。
（３）上記実施例では、ガスケット本体２１の側面に張り出し部２７が設けられるとともにこの張り出し部２７の一面に粘着剤２８が塗布されることにより粘着部２６とされているが、これに代えて図５（Ｂ）に示すように、張り出し部２７を省略し、粘着剤２８をガスケット本体２１の平面上に直接塗布する。この態様は、組付け箇所のスペース上の制約が大きいときに特に有効である。

また、粘着剤２８をガスケット本体２１の相手組付け箇所に対する取付面の全面に塗布する場合には、ガスケット本体２１の取付面における内側の部分（燃料電池反応面側の部分）にも粘着剤２８が塗布されるので、粘着剤成分が燃料電池反応面側へ溶出することにより燃料電池の発電性能が低下したり、粘着剤２８がシール対象物（冷却水など）と接触することにより耐久性が低下したりすることが懸念されることがある。そこで、これに対策するには、粘着剤２８をガスケット本体２１の取付面における外側の部分（外気側の部分）のみに塗布することにより粘着部２６をガスケット本体２１の取付面における外側の部分のみに設け、ガスケット本体２１の取付面における内側の部分には、粘着剤２８の介在なしでガスケット本体２１が相手組付け箇所に直接接触する接触部を設けるのが好適であり、これによれば、接触部がシール部となって粘着剤成分が燃料電池反応面側へ溶出しないため、燃料電池の発電性能が低下するのを抑制することができ、粘着剤２８がシール対象物（冷却水など）と接触しないため、燃料電池ないしシール対象物の耐久性が低下するのを抑制することができる。

図６（Ａ）はこの場合の例を示し、すなわち粘着剤２８がガスケット本体２１の相手組付け箇所に対する平面状の取付面２９における外側の部分（外気側の部分、図では右側半分の部分）２９ａのみに塗布されることにより粘着部２６がガスケット本体２１の取付面２９における外側の部分２９ａのみに設けられ、ガスケット本体２１の取付面２９における内側の部分（燃料電池反応面側の部分、図では左側半分の部分）２９ｂは、粘着剤の介在なしでガスケット本体２１が相手組付け箇所に直接接触する接触部３０とされている。

このように粘着剤２８を部分的に塗布する場合、その塗布方法としては図６（Ｂ）に示すように、マスキング治具（メタルマスク）４７およびスプレーガン４８を用いるスプレー法が適しているが、このほかディスペンサー法やインクジェット法などによっても粘着剤２８を部分的に塗布することができる。

粘着剤２８は、ガスケット本体２１の取付面２９における外側の部分のみに塗布され、燃料電池反応面側へ溶出する懸念が無いため、ゴム（ガスケット本体２１）と基材（相手組付け箇所）が粘着するものであれば、その種類を限定されない。

粘着剤２８としては、これに代えて接着剤を用いるようにしても良く、この場合、粘着部２６は接着部とされる。

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 シールリップ
２６ 貼着部
２７ 張り出し部
２８ 粘着剤
２９ 取付面
２９ａ 外側の部分
２９ｂ 内側の部分
３０ 接触部
３１ キャリアシート
３２ ガスケット保持部
３３ 空間部
４１ 金型
４２ 上型
４３ 下型
４４ パーティング部
４５ キャビティ部
４６ 張り出し成形部
４７ マスキング治具
４８ スプレーガン

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キャリアシートとの組み合わせよりなり、
   前記ガスケット本体を組付け箇所に組み付けるときに前記ガスケット本体を前記組付け箇所に粘着または接着するための粘着部または接着部を前記ガスケット本体に設けたことを特徴とするガスケット。
2. 請求項１記載のガスケットにおいて、
   前記ガスケット本体の側面に張り出し部を設けるとともに前記張り出し部の表面に粘着剤または接着剤を塗布することにより前記粘着部または接着部としたことを特徴とするガスケット。
3. 請求項１または２記載のガスケットにおいて、
   前記粘着部または接着部を前記ガスケット本体の取付面における外側の部分に設け、
   前記ガスケット本体の取付面における内側の部分には、前記粘着剤または接着剤の介在なしで前記ガスケット本体が前記組付け箇所に直接接触する接触部が設けられていることを特徴とするガスケット。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載したガスケットにおいて、
   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。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載したガスケットを製造する方法であって、
   前記ガスケット本体を成形する金型のパーティング部に平面状の前記キャリアシートを挟み込んだ状態で前記金型を型締めする工程と、
   前記金型で前記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キャリアシート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立体形状のガスケット保持部を成形する工程と、
   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キャリアシートを同時に前記金型から取り出す工程と、
   前記ガスケット本体に粘着剤または接着剤を塗布する工程と、を順次実施することを特徴とするガスケットの製造方法。

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