KR101669154B1

KR101669154B1 - 시일부품의 제조방법 및 금형

Info

Publication number: KR101669154B1
Application number: KR1020117023997A
Authority: KR
Inventors: 시게루 와타나베
Original assignee: 엔오케이 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2016-10-25
Also published as: JP2010234646A; JP5585754B2; EP2415582A1; EP2415582B1; US20120018927A1; CN102361741A; CA2756083A1; EP2415582A4; US8784724B2; CA2756083C; KR20120023609A; WO2010113558A1; CN102361741B

Abstract

본 발명은, 성형용 고무 재료(4)의 충전시에 있어서의 캐비티(3) 내의 성형 압력을 적정하게 유지하고, 성형 불량의 발생을 유효하게 방지하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 기재(11)를 금형(2)의 분할형(22,23) 사이에 세팅하여 금형 클램핑하고, 상기 기재(11)의 표면과 이에 대향하는 분할형(22)의 내면과의 사이에 구획형성되는 무단 형상의 캐비티(3)에 성형용 고무 재료(4)를 사출하며, 그 사출량을, 상기 성형용 고무 재료(4)가 상기 캐비티(3)에 충만된 후, 이 캐비티(3) 내에 있어서의 성형용 고무 재료(4)의 합류 위치(3a)에 개구된 에어 벤트 구멍(36)으로부터 그 하류측에 설치한 잉여재료 저장소(38)로 흘러들어 오는 동시에 이 잉여재료 저장소(38)에 충만되지 않을 양으로 하고, 에어 벤트 구멍(36)으로부터 잉여재료 저장소(38)로 흘러들어 오는 성형용 고무 재료(4)에 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키며, 이 압력강하에 의해, 캐비티(3)의 내압을 개스킷(12)의 성형에 필요한 압력의 하한값 이상이며 또한 캐비티로부터의 누설 발생 압력의 하한값 미만으로 유지한다.

Description

시일부품의 제조방법 및 금형{SEAL COMPONENT MANUFACTURING METHOD AND MOLD}

본 발명은, 예를 들면 연료전지 스택(stack)의 각 연료전지 셀에 형성되는 유로(flow path)를 시일하기 위한 연료전지용 시일 등과 같이, 필름, 시트 또는 판상(plate-like)의 베이스 프레임에 고무 재료 또는 고무상 탄성(rubber-like elasticity)을 가지는 합성 수지재료로 이루어지는 개스킷을 일체로 성형한 시일 부품을 제조하는 방법 및 그것에 사용되는 금형에 관한 것이다.

연료전지는, 전해질막의 양면에 한 쌍의 전극층을 설치한 MEA(Membrane Electrode Assembly)를 포함하는 발전체(power generation body)를, 세퍼레이터(separator)로 끼워 유지하여 연료전지 셀로 하며, 또한 이 연료전지 셀을 다수 적층한 스택 구조를 가진다. 그리고, 공기(산소)가 각 세퍼레이터의 일방의 면에 형성된 공기 유로로부터 일방의 촉매 전극층(공기극, air electrode)으로 공급되며, 연료가스(수소)가 각 세퍼레이터의 타방의 면에 형성된 연료가스 유로로부터 타방의 촉매 전극층(연료극, fuel electrode)으로 공급되어, 물의 전기 분해의 역반응인 전기 화학반응, 즉 수소와 산소로 물을 생성하는 반응에 의해, 전력을 발생하는 것이다.

이 때문에 각 연료전지 셀에는, 연료가스나 공기, 상술한 전기 화학반응에 의해 생성된 물이나, 잉여공기 등의 누설을 방지하기 위한 시일 부품이 설치된다. 그리고 이러한 종류의 시일 부품으로서는, 세퍼레이터 혹은 합성 수지 필름 등과 같은 필름형상, 시트형상 또는 판상의 기재(基材)에, 고무 재료 또는 고무상 탄성을 가지는 합성 수지재료로 이루어지는 개스킷을 일체화한 것이 알려져 있다.

이러한 종류의 시일 부품의 제조에는, 종래, 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 분할형(split mold, 101∼103)으로 이루어지는 금형(100)이 이용되며, 기재(200)를 분할형(102,103)의 사이에 위치결정 고정하고, 금형 클램핑(clamping)에 의해 이 기재(200)와 분할형(102)의 내면과의 사이에 구획형성되는 환상(環狀)의 캐비티(110) 내에, 분할형(101,102)에 형성된 탕구(sprue, 100a), 러너(runner, 100b) 및 게이트(100c)를 통해서 액상의 성형용 고무 재료를 충전하고, 가교 경화시킴으로써, 고무상 탄성재료로 이루어지는 개스킷을 성형과 동시에 기재(200)에 일체화하고 있다.

여기서, 개스킷은 무단 형상(endless shape)으로 연속된 것이며, 이것을 성형하는 캐비티(110)도 동 형상이기 때문에, 이 캐비티(110)에 충전되는 액상의 성형용 고무 재료는, 게이트(100c)로부터 그 양측으로 분기(分岐)되어 흘러, 게이트(100c)와 반대측의 위치(110a)에서 합류하게 된다. 그리고 이 합류 위치(110a)에는 잔존 에어나, 성형용 고무 재료로부터의 휘발 가스의 혼입에 의한 성형 불량이 발생하기 쉽기 때문에, 분할형(102)에는, 이러한 잔존 에어나 휘발 가스를 방출하고, 합류한 성형용 고무 재료를 양호하게 혼합시키기 위한 에어 벤트 구멍(air vent hole, 100d)이 형성되어 있다. 이 에어 벤트 구멍(100d)은, 일단이 캐비티(110)에 있어서의 상기 합류 위치(110a)에 개구되며, 타단이 분할형(101,102)의 맞닿음면에 개구되어 있다(하기의 특허문헌참조).

일본 특허공개공보 2008-168448호

그런데, 상기 종래 기술에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 캐비티(110)에 있어서의 합류 위치(110a)에서 합류하면서 에어 벤트 구멍(100d)에 흘러들어 온 성형용 고무 재료(300)의 일부(301)가, 이 에어 벤트 구멍(100d) 내에 충만되지 않을 경우에는, 캐비티(110) 내의 성형 압력을 적정하게 유지할 수 없고, 이 때문에 압력부족에 의한 개스킷 재질의 물성(physical properties) 저하나, 성형 수축에 의한 개스킷 치수의 편차나, 캐비티(110)에 있어서의 합류 위치(110a) 이외의 부분에 에어가 잔류하는 등의 성형 불량이 발생할 우려가 있다.

또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 캐비티(110)에 있어서의 합류 위치(110a)에서 합류하면서 에어 벤트 구멍(100d)으로 흘러들어 온 성형용 고무 재료(300)의 일부(301)가, 이 에어 벤트 구멍(100d) 내에 충만된 경우에는, 그 순간에, 잉여의 성형용 고무 재료가 갈 곳이 없어짐으로써 캐비티(110) 내의 성형 압력이 급격하게 상승하게 된다. 따라서 이 경우에는, 캐비티(110) 내의 성형용 고무 재료(300)의 일부가 기재(200)와 분할형(102) 간의 맞닿음면 사이로 새어나가서 얇은 버(thin burr, 302)를 발생시키거나, 기재(200)의 재질에 따라서는 과대한 성형 압력에 의해 이 기재(200)가 손상을 받거나 할 우려가 있다.

이 때문에, 에어 벤트 구멍(100d)에 성형용 고무 재료(300)의 일부(301)를 충만시키는 동시에 캐비티(110) 내의 성형 압력을 적정한 값으로 유지하도록, 성형용 고무 재료(300)의 사출량의 계량이나, 사출 압력을 고정밀도로 제어할 필요가 있다. 특히, 게이트 수가 많은 제품에 있어서는, 모든 게이트 사이의 합류 위치의 에어 벤트 구멍으로 성형용 고무 재료가 동시에 충전되도록 할 필요가 있지만, 그러한 제어는 지극히 곤란하기 때문에, 결과적으로 얇은 버(302)의 발생을 방지할 수 없고, 얇은 버(302)의 제거 작업이 필요하게 되어, 가격 저감의 장해가 되고 있었다.

본 발명은, 이상과 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 기술적 과제는, 성형용 고무 재료의 충전시에 있어서의 캐비티 내의 성형 압력을 적정하게 유지하고, 성형 불량이나 성형용 고무 재료의 누출에 의한 얇은 버의 발생을 유효하게 방지하는 것에 있다.

상술한 기술적 과제를 유효하게 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1의 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법은, 기재에 고무상 탄성재료로 이루어지는 무단 형상의 개스킷을 일체로 성형한 시일 부품의 제조에 있어서, 상기 기재를 금형의 분할형 사이에 세팅하여 금형 클램핑하고, 상기 기재의 표면과 이에 대향하는 분할형의 내면과의 사이에 구획형성되는 무단 형상의 캐비티에 성형용 고무 재료를 사출(射出)하며, 그 사출량을, 상기 성형용 고무 재료가 상기 캐비티에 충만된 후, 이 캐비티 내에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치에 개구된 에어 벤트 구멍으로부터 그 하류측에 설치한 잉여재료 저장소(reservoir)로 흘러들어 오는 동시에 이 잉여재료 저장소에 충만되지 않을 양으로 하고, 상기 에어 벤트 구멍으로부터 잉여재료 저장소로 흘러들어 오는 성형용 고무 재료에 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키며, 이 압력강하에 의해, 상기 캐비티의 내압(內壓)을 상기 개스킷의 성형에 필요한 압력의 하한값 이상이며 또한 상기 캐비티로부터의 누설 발생 압력의 하한값 미만으로 유지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항 2의 발명에 관한 시일 부품의 제조용 금형은, 금형의 분할형 사이에 세팅한 기재의 표면과 이에 대향하는 분할형의 내면과의 사이에 구획형성되는 무단 형상의 개스킷 성형용 캐비티와, 이 캐비티 내에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치에 개구된 에어 벤트 구멍과, 그 하류측에 오리피스(orifice)를 통하여 연장되어 있는 잉여재료 저장소를 가지고, 이 오리피스 및 잉여재료 저장소가 상기 캐비티와 반대측의 분할형의 맞닿음면을 따라 형성되며, 상기 오리피스는, 상기 에어 벤트 구멍으로부터 상기 잉여재료 저장소로 흘러들어 오는 성형용 고무 재료에 유동 저항에 의한 압력강하를 생기게 하는 것이다.

청구항 1의 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법에 따르면, 캐비티에 충전되는 성형용 고무 재료가 이 캐비티에 있어서의 합류 위치에서 합류하면서 에어 벤트 구멍으로 흘러들어 오고, 이 에어 벤트 구멍을 충만한 후, 또한 그 하류측의 잉여재료 저장소로 흘러들어 오는 과정에서 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키고, 그만큼, 캐비티 내의 성형 압력이 상승하기 때문에, 성형 압력부족에 의한 성형 불량이 방지되며, 상기 성형 압력은 상기 캐비티로부터의 성형용 고무 재료의 누설 발생 압력보다도 작게 억제되기 때문에, 성형용 고무 재료의 누설에 의한 얇은 버의 발생도 방지된다. 또한 이 때문에, 성형 후, 잉여재료 저장소에 고무 재료가 존재하는 것을 확인함으로써, 성형 압력이 적정하게 유지된 것, 나아가서는 성형된 개스킷의 물성이 적정하다는 것을 용이하게 판단할 수 있다.

또한, 청구항 2의 발명에 관한 시일 부품의 제조용 금형에 따르면, 청구항 1의 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법을 실현할 수 있다.

도 1은, 기재의 한쪽 면(片面)에, 고무상 탄성재료로 이루어지는 개스킷을 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법에 의해 일체로 성형한 시일 부품을 나타내는 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제1의 형태에서 이용되는 금형의 게이트, 캐비티 및 에어 벤트 구멍과 기재와의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제1의 형태에서 이용되는 금형의 게이트, 캐비티 및 에어 벤트 구멍과 기재와의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제1의 형태에서 이용되는 금형에 의한 성형 과정을 나타내는 단면도이다.
도 5는, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제2의 형태에서 이용되는 금형의 게이트, 캐비티 및 에어 벤트 구멍과 기재와의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 6은, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제3의 형태에서 이용되는 금형의 게이트, 캐비티 및 에어 벤트 구멍과 기재와의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 종래 기술에 의한 시일 부품의 제조 방법을 나타내는 금형 및 기재의 단면도이다.
도 8은, 종래 기술에 있어서의 성형 압력 부족상태를 나타내는 금형 및 기재의 단면도이다.
도 9는, 종래 기술에 있어서의 성형 압력 과잉상태를 나타내는 금형 및 기재의 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 바람직한 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 우선 도 1은, 기재의 한쪽 면에, 고무상 탄성재료로 이루어지는 개스킷을 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법에 의해 일체로 성형한 시일 부품을 나타내는 단면도이다.

도 1에 나타내는 시일 부품(1)은, 연료전지에 있어서의 각 셀(cells)의 밀봉 수단으로서 이용되는 것으로, 기재(11)의 한쪽 면에 고무상 탄성재료로 이루어지는 개스킷(12)을 일체로 성형한 것이다.

상세하게는, 기재(11)는, 예를 들면 합성 수지 필름, 카본 플레이트, 세라믹스, 금속의 다공질 재료 혹은 금속박판 등으로 이루어지는 것이지만, 특히 한정되지 않는다. 개스킷(12)은, 고무 재료 또는 고무상 탄성을 가지는 합성 수지재료로 이루어지는 것으로서, 기재(11)의 외주 근방을 따라 환상(環狀)(무단(無端) 형상)으로 연속되어 있으며, 기재(base member, 11)의 한쪽 면에 접착된 베이스부(base portion, 12a)와, 그 상면으로부터 산(山)형상으로 융기한 시일립(seal lip, 12b)을 가진다.

즉 이 시일 부품(1)은, 개스킷(12)의 시일립(12b)이, 미도시의 상대재(材)(세퍼레이터 등)의 표면에 적당한 찌그러짐 여유(collapsing margin)로 밀착접촉됨으로써, 연료극에 공급되는 수소 가스의 유로(流路) 중으로, 공기극에 공급되는 산소가 혼입하거나, 반대로 공기유로 중에 수소 가스가 혼입하는 것을 방지하여, 발전 효율의 저하를 방지하는 기능을 가지는 것이다.

상술한 구성을 구비하는 시일 부품(1)은, 도 2 및 도 3에 나타내는 본 발명방법에 의해 제조된 것이다. 도 2는, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제1의 형태에서 이용되는 금형의 게이트, 캐비티 및 에어 벤트 구멍과 기재와의 관계를 나타내는 평면도, 도 3은, 마찬가지로 단면도, 도 4는 성형 과정을 나타내는 단면도이다.

즉 도 3에 있어서, 참조 부호 2는, 기재(11)의 한쪽 면에 개스킷을 일체로 성형하기 위한 금형이며, 분할형(21∼23)으로 이루어진다. 도 3에 있어서의 가장 하측의 분할형(23)의 내면(상면)과, 그 위에 조합되는 분할형(22)의 내면(하면)과의 사이에는, 기재(11)가 세팅되게 되어 있으며, 도시된 금형 클램핑 상태에 있어서, 기재(11)와 그 위의 분할형(22)의 내면과의 사이에 개스킷 성형용의 캐비티(3)가 구획형성되게 되어 있다.

캐비티(3)는, 도 1에 나타내는 개스킷(12)과 네가티브-포지티브 대응(in a negative and positive relation)하는 단면형상을 가지는 것으로서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 세팅된 기재(11)의 외주 근방을 따라 환상(무단 형상)으로 연속되어 있으며, 기재(11) 측의 편평한 베이스 성형부(31)와 그 폭방향 중간으로부터 거의 V자 형상으로 깊어지는 시일립 성형부(32)로 이루어진다.

도 3에 있어서의 가장 상측의 분할형(21)에는 미도시의 사출기의 노즐이 접촉 분리되는 탕구(sprue, 33)가 개설(開設)되어 있으며, 분할형(21,22)의 맞닿음면 사이에는, 상기 탕구(33)의 하류단으로부터 연장되는 러너(runner, 34)가 형성되어 있다.

분할형(22)에는, 러너(34)의 하류단으로부터 연장되어 캐비티(3)에 개구된 하나 또는 복수의 게이트(35)와, 이 게이트(35)로부터 캐비티(3)에 충전된 액상의 성형용 고무 재료의 흐름(F)(도 2 참조)의 합류 위치(3a)에서 잔존 에어나 휘발 가스를 배출하기 위한 하나 또는 복수의 에어 벤트 구멍(36)이 설치되어 있다. 또한, 이들 게이트(35) 및 에어 벤트 구멍(36)은, 그 일단이 캐비티(3)에 있어서의 시일립 성형부(32)로부터 외주측의 베이스 성형부(31)에 위치하여 개구되어 있다.

분할형(21,22)의 맞닿음면에 도달하는 에어 벤트 구멍(36)의 타단으로부터는, 오리피스(37)를 사이에 두고 잉여재료 저장소(38)가 설치되어 있다. 이 오리피스(37) 및 잉여재료 저장소(38)는, 분할형(21,22)의 맞닿음면을 따라 연장되어 있다.

오리피스(37)는, 잉여재료 저장소(38)로 흘러들어 오는 성형용 고무 재료에 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키는 것으로서, 오리피스(37)의 길이 및 유로 단면적은, 상기 압력강하에 의해 상대적으로 상승하는 캐비티(3)의 내압(內壓)이, 개스킷의 성형에 필요한 성형 압력의 하한값 이상이며 또한 캐비티(3)로부터 기재(11)와 분할형(22)과의 맞닿음면 사이로 성형용 고무 재료(4)의 누설이 발생하는 압력의 하한값 미만이 되도록 설정되어 있다.

이상과 같은 구조를 가지는 금형(2)에 의해, 도 1에 나타내는 시일 부품(1)을 제조하기 위해서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 금형(2) 내에 기재(11)를 세팅하여 금형 클램핑하고, 미리 캐비티(3) 내를, 도시되어 있지 않은 진공 펌프 등에 의해 진공흡인하고 나서, 탕구(33)에 맞댄 미도시의 사출기의 노즐로부터, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35)를 통하여 캐비티(3)로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 액상의 성형용 고무 재료(4)를 사출한다.

이때, 사출기에 있어서 계량되는 성형용 고무 재료(4)의 사출량은, 탕구(33), 러너(34), 게이트(35), 캐비티(3), 에어 벤트 구멍(36) 및 오리피스(37)의 용적의 합보다도 많게, 이것에 잉여재료 저장소(38)의 용적을 더한 양보다도 적게 설정되어 있다. 환언하면, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35)를 통해서 사출된 성형용 고무 재료가 캐비티(3)에 충만된 후, 이 캐비티(3) 내에 있어서의 성형용 고무 재료(4)의 합류 위치(3a)에 개구된 에어 벤트 구멍(36)에 충만되며, 또한 오리피스(37)를 통하여 잉여재료 저장소(38)로 흘러들어 오는 동시에 이 잉여재료 저장소(38)에는 충만되지 않는 양으로 설정되어 있다.

한편, 성형용 고무 재료(4)로서는, 기재(11)에 대하여 접착성이 있는 것이 바람직하게 이용되지만, 접착성이 없는 것을 이용할 경우에는, 미리 기재(11)에 접착제가 도포된다.

사출기로부터, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35)를 통해서 사출된 성형용 고무 재료(4)는, 도 2에 화살표(F)로 나타내는 바와 같이 게이트(35)로부터 양측으로 분기되어 흘러서 캐비티(3) 내에 충만되고, 합류 위치(3a)에서 합류하면서 에어 벤트 구멍(36)으로 흘러들어 온다. 이때, 캐비티(3)에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3a)에 개구된 에어 벤트 구멍(36) 내부는 감압(減壓)되어 있으므로, 상기 합류 위치(3a)에 있어서의 잔존 에어나 성형용 고무 재료로부터의 휘발 가스가 이 에어 벤트 구멍(36)으로부터 배출되는 동시에, 성형용 고무 재료의 합류·융합이 양호하게 행해지며, 게다가, 이 합류 위치(3a)에 상기 잔존 에어나 휘발 가스에 의한 기포가 혼입해도, 이들은 성형용 고무 재료의 일부와 함께 에어 벤트 구멍(36)으로 유출되므로, 성형 불량의 발생이 유효하게 방지된다.

그리고 이 에어 벤트 구멍(36)에 성형용 고무 재료(4)가 충만된 후, 또한 그 하류측의 잉여재료 저장소(38)로 흘러들어 오는 과정에서, 오리피스(37)에 있어서 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키기 때문에, 그만큼만 캐비티(3) 내의 성형 압력이 상승하며, 개스킷의 성형에 필요한 성형 압력의 하한값 이상으로 유지된다. 따라서, 성형 압력부족에 의한 개스킷(12)의 재질의 물성 저하나, 성형 수축에 의한 개스킷(12)의 치수의 편차나, 캐비티(3)에 있어서의 합류 위치(3a) 이외의 부분에 에어가 잔류하는 것에 따른 성형 불량이 방지된다.

게다가, 에어 벤트 구멍(36)에 성형용 고무 재료(4)가 충만된 순간에, 잉여의 성형용 고무 재료(4)가 갈 곳이 없어짐으로써 캐비티(3) 내의 성형 압력이 급격하게 상승하는 일은 없으며, 잉여재료 저장소(38)로의 유출에 의해 캐비티(3) 내의 성형 압력은 기재(11)와 분할형(22)과의 맞닿음면 사이로 성형용 고무 재료(4)의 누설이 발생하는 압력의 하한값 미만으로 억제되기 때문에, 캐비티(3) 내의 성형용 고무 재료(4)의 일부가 기재(11)와 분할형(22)과의 맞닿음면 사이로 누출되어 얇은 버가 생기거나, 과대한 성형 압력에 의해 기재(11)가 손상을 받거나 하는 것을, 유효하게 방지할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 성형용 고무 재료(4)의 사출량은, 탕구(33), 러너(34), 게이트(35), 캐비티(3), 에어 벤트 구멍(36) 및 오리피스(37)의 용적의 합보다도 많게, 이것에 잉여재료 저장소(38)의 용적을 더한 양보다도 적게 계량되어 있기 때문에, 성형용 고무 재료(4)의 일부(41)가 오리피스(37)로부터 잉여재료 저장소(38)에 충만되지 않을 정도로 흘러들어 온 시점에서, 사출이 완료한다.

그리고, 금형(2) 내에 충전된 성형용 고무 재료(4)가 경시(經時)적으로 가교(架橋) 경화(硬化)됨으로써, 기재(11)의 한쪽 면에, 고무상 탄성재료로 이루어지는 개스킷(12)이 일체로 성형된다.

또한, 성형 후에 금형 개방(opening)을 하여 제품을 취출할 때에는, 잉여재료 저장소(38)에 고무 재료가 존재하는 것을 확인함으로써, 성형 압력이 적정하게 유지된 것, 나아가서는 성형된 개스킷(12)의 물성 저하나, 성형 수축에 의한 개스킷(12)의 치수의 편차나, 에어의 잔류에 의한 성형 불량이 없는 것을, 용이하게 판단할 수 있다.

게다가 도 4에 나타내는 바와 같이, 에어 벤트 구멍(36), 오리피스(37) 및 잉여재료 저장소(38)에 흘러들어 온 성형용 고무 재료에 의한 비(非)제품부(14)는, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35) 내의 성형용 고무 재료에 의한 비제품부(13)와 마찬가지로, 개스킷(12)의 베이스부(12a)의 상면에 형성된다. 이 때문에, 에어 벤트 구멍(36)∼잉여재료 저장소(38)로 형성된 비제품부(14)의 제거를, 탕구(33)∼게이트(35)로 형성된 비제품부(13)의 제거와 동시에, 또한 마찬가지로 행할 수 있으며, 작업이 용이하다. 게다가, 캐비티(3) 내의 성형용 고무 재료(4)의 일부가 기재(11)와 분할형(22)과의 맞닿음면 사이로 누출되는 것에 의한 얇은 버의 발생이 없으므로, 이러한 얇은 버의 제거 작업이 불필요하며, 비제품부(13,14)의 제거흔(removal traces)은 시일립(12b)에는 형성되지 않으므로, 밀봉성에 악영향을 끼치는 일도 없다.

다음에 도 5는, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제2의 형태에서 사용되는 금형의 게이트, 캐비티 및 에어 벤트 구멍과 기재와의 관계를 나타내는 단면도이다. 이 형태는, 연장 형상(립 라인)이 서로 다른 개스킷을 기재(11)의 양면에 일체로 성형하기 위한 것이다.

상세하게는, 도 5에 있어서의 참조 부호 2는, 기재(11)의 양면에 개스킷을 일체로 성형하기 위한 금형으로서, 분할형(21∼23)으로 이루어진다. 도 5에 있어서의 가장 하측의 분할형(23)의 내면(상면)과, 그 위에 조합되는 분할형(22)의 내면(하면)과의 사이에는, 기재(11)가 세팅되게 되어 있으며, 도시된 금형 클램핑 상태에 있어서, 기재(11)와 그 양측의 분할형(22,23)의 내면과의 사이에, 개스킷 성형용의 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B)가 구획형성되게 되어 있다.

제1 및 제2의 캐비티(3A,3B)는, 각각 형성할 개스킷과 네가티브-포지티브 대응하는 단면형상을 가지는 것으로서, 세팅된 기재(11)의 외주 근방을 따라서 환상(무단 형상)으로 연속되어 있으며, 각각, 기재(11) 측의 편평한 베이스 성형부(31A,31B)와 그 폭방향 중간으로부터 거의 V자형상으로 깊어지는 시일립 성형부(32A,32B)로 이루어진다. 그리고 제1의 캐비티(3A)와 제2의 캐비티(3B)는, 기재(11)에 개설된 제1의 연통 구멍(11a)을 통하여 베이스 성형부(31A,31B) 사이에서 서로 연속되어 있으며, 둘레방향 일부, 상세하게는 상기 제1의 연통 구멍(11a)의 개설 위치와 둘레방향 반대측이 서로 다른 위치를 연장하여, 기재(11)의 양측에서 서로 다른 연장 형상을 이루고 있다.

도 5에 있어서의 가장 상측의 분할형(21)에는 미도시의 사출기의 노즐이 접촉 분리되는 탕구(33)가 개설되어 있으며, 분할형(21,22)의 맞닿음면 사이에는, 상기 탕구(33)의 하류단으로부터 연장되는 러너(34)가 형성되어 있다.

분할형(22)에는, 러너(34)의 하류단으로부터 연장되어 기재(11)의 상측의 제1의 캐비티(3A)에 개구된 하나 또는 복수의 게이트(35)와, 이 게이트(35)로부터 제1의 캐비티(3A)에 충전된 액상의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Aa)에서 잔존 에어나 휘발 가스를 배출하기 위한 하나 또는 복수의 제1의 에어 벤트 구멍(36A)과, 상기 게이트(35)로부터 기재(11)에 개설된 제1의 연통 구멍(11a)을 통하여 제2의 캐비티(3B)에 충전된 액상의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Ba)에서 잔존 에어나 휘발 가스를 배출하기 위한 하나 또는 복수의 제2의 에어 벤트 구멍(36B)이 설치되어 있다.

이 중 게이트(35)는, 제1의 캐비티(3A)에 있어서의 베이스 성형부(31A)에, 상기 제1의 연통 구멍(11a)의 개구 위치와 대응하여 개구되어 있으며, 제1의 연통 구멍(11a)의 개구 지름은, 게이트(35)의 개구 지름에 비교하여 대(大)지름으로 형성되어 있다.

또한, 제1의 에어 벤트 구멍(36A)은, 그 일단이 제1의 캐비티(3A)에 있어서의 시일립 성형부(32A)로부터 외주측의 베이스 성형부(31A)에 위치해서 개구되어 있다.

기재(11)에는, 상술한 제1의 연통 구멍(11a) 이외에, 제2의 연통 구멍(11b)이 개설되어 있다. 이 제2의 연통 구멍(11b)은, 제1의 캐비티(3A)로부터 제1의 연통 구멍(11a)을 통해서 제2의 캐비티(3B) 내에 충전되는 성형용 고무 재료의 흐름의 합류 위치(3Ba)에 개구되어 있다.

그리고 제2의 에어 벤트 구멍(36B)은, 그 일단이, 제1의 캐비티(3A)로부터 기재(11)에 있어서의 제1의 연통 구멍(11a)을 통해서 제2의 캐비티(3B) 내에 주입되는 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Ba), 즉 기재(11)에 있어서의 제2의 연통 구멍(11b)과 대응하는 위치에 개구되어 있다.

분할형(21,22)의 맞닿음면에 도달하는 제1 및 제2의 에어 벤트 구멍(36A,36B)의 타단으로부터는, 각각 제1 및 제2의 오리피스(37A,37B)를 통하여 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)가 설치되어 있다. 이 제1 및 제2의 오리피스(37A,37B) 및 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)는, 분할형(21,22)의 맞닿음면을 따라 연장되어 있다.

제1 및 제2의 오리피스(37A,37B)는, 각각 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)로 흘러들어 오는 성형용 고무 재료에 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키는 것으로서, 제1의 오리피스(37A)의 길이 및 유로 단면적은, 상기 압력강하에 의해 상대적으로 상승하는 제1의 캐비티(3A)의 내압이, 개스킷의 성형에 필요한 성형 압력의 하한값 이상이며 또한 제1의 캐비티(3A)로부터 기재(11)와 분할형(22)과의 맞닿음면 사이로 성형용 고무 재료(4)의 누설이 발생하는 압력의 하한값 미만이 되도록 설정되고, 제2의 오리피스(37B)의 길이 및 유로 단면적은, 상기 압력강하에 의해 상대적으로 상승하는 제2의 캐비티(3B)의 내압이, 개스킷의 성형에 필요한 성형 압력의 하한값 이상이며 또한 제2의 캐비티(3B)로부터 기재(11)와 분할형(23)과의 맞닿음면 사이로 성형용 고무 재료(4)의 누설이 발생하는 압력의 하한값 미만이 되도록 설정되어 있다.

이상과 같은 구조를 가지는 금형(2)에 의해, 시일 부품을 제조하는 경우에도 제1의 형태와 마찬가지로, 금형(2) 내에 기재(11)를 세팅하여 금형 클램핑하고, 도시되어 있지 않은 진공 펌프 등에 의해 진공흡인하고 나서, 탕구(33)에 맞댄 미도시의 사출기의 노즐로부터, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35)를 통하여 액상의 성형용 고무 재료를 사출한다.

이때, 사출기에 있어서 계량되는 성형용 고무 재료의 사출량은, 탕구(33), 러너(34), 게이트(35), 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B), 제1 및 제2의 연통 구멍(11a,11b), 제1 및 제2의 에어 벤트 구멍(36A,36B) 및 제1 및 제2의 오리피스(37A,37B)의 용적의 합보다도 많게, 이것에 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)의 용적을 더한 양보다도 적게 설정되어 있다. 환언하면, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35)를 통하여 사출된 성형용 고무 재료가 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B)에 충만된 후, 각각의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Aa,3Ba)에 개구된 제1 및 제2의 에어 벤트 구멍(36A,36B)에 충만되고, 또한 제1 및 제2의 오리피스(37A,37B)를 통하여 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)로 흘러들어 오는 동시에 이 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)에는 충만되지 않는 양으로 설정되어 있다.

사출기로부터, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35)를 통해서 사출된 성형용 고무 재료는, 게이트(35)로부터 양측(도시된 단면과 직교하는 방향)으로 분기되어 흘러 제1의 캐비티(3A) 내에 충만되고, 또한 이 성형용 고무 재료는, 제1의 캐비티(3A)로부터, 게이트(35)의 바로 아래에 위치하는 기재(11)의 제1의 연통 구멍(11a)을 통해서 제2의 캐비티(3B)에도 거의 동시에 충전된다.

이때, 제1의 캐비티(3A)에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Aa)에 개구된 제1의 에어 벤트 구멍(36A) 내부는 감압되어 있으므로, 상기 합류 위치(3Aa)에 있어서의 잔존 에어나 성형용 고무 재료로부터의 휘발 가스가 이 제1의 에어 벤트 구멍(36A)으로부터 배출되는 동시에, 제1의 캐비티(3A) 내의 성형용 고무 재료가 합류하면서 이 제1의 에어 벤트 구멍(36A) 내로 흘러들어 온다. 또한, 제2의 캐비티(3B)에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Ba)에 개구된 제2의 에어 벤트 구멍(36B) 내부도 감압되어 있으므로, 상기 합류 위치(3Ba)에 있어서의 잔존 에어나 성형용 고무 재료로부터의 휘발 가스는 제2의 연통 구멍(11b)을 통하여 제2의 에어 벤트 구멍(36B)으로부터 배출되는 동시에, 제2의 캐비티(3B) 내의 성형용 고무 재료가 합류하면서 제2의 연통 구멍(11b)을 통하여 제2의 에어 벤트 구멍(36B) 내로 흘러들어 온다. 따라서, 성형용 고무 재료의 합류·융합이 양호하게 행해지며, 게다가, 상기 합류 위치(3Aa,3Ba)에 잔존 에어나 휘발 가스에 의한 기포가 혼입해도, 이들은 성형용 고무 재료의 일부와 함께 제1 및 제2의 에어 벤트 구멍(36A,36B)으로 유출된다.

그리고 제1 및 제2의 에어 벤트 구멍(36A,36B)에 성형용 고무 재료가 충만된 후, 또한 그 하류측의 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)로 흘러들어 오는 과정에서, 제1 및 제2의 오리피스(37A,37B)에 있어서 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키기 때문에, 그만큼만 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B) 내의 성형 압력이 상승하며, 개스킷의 성형에 필요한 성형 압력의 하한값 이상으로 유지된다. 따라서, 성형 압력부족에 의한 개스킷의 재질의 물성 저하나, 성형 수축에 의한 개스킷의 치수의 편차나, 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B)에 있어서의 합류 위치(3Aa,3Ba) 이외의 부분에 에어가 잔류하는 것에 따른 성형 불량이 방지된다.

게다가, 제1 및 제2의 에어 벤트 구멍(36A,36B)에 성형용 고무 재료가 충만된 순간에, 잉여의 성형용 고무 재료가 갈 곳이 없어짐으로써 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B) 내의 성형 압력이 급격하게 상승하는 일은 없으며, 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)로의 유출에 의해 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B) 내의 성형 압력은 누설 발생 압력의 하한값 미만으로 억제되기 때문에, 제1의 캐비티(3A) 내로부터 성형용 고무 재료의 일부가 기재(11)와 분할형(22)과의 맞닿음면 사이로 누출하는 것에 의한 얇은 버나, 제2의 캐비티(3B) 내로부터 성형용 고무 재료의 일부가 기재(11)와 분할형(23)과의 맞닿음면 사이로 누출하는 것에 의한 얇은 버를 발생시키거나, 과대한 성형 압력에 의해 기재(11)가 손상을 받거나 하는 것을, 유효하게 방지할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 성형용 고무 재료(4)의 사출량은, 탕구(33), 러너(34), 게이트(35), 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B), 제1 및 제2의 연통 구멍(11a,11b), 제1 및 제2의 에어 벤트 구멍(36A,36B) 및 제1 및 제2의 오리피스(37A,37B)의 용적의 합보다도 많게, 이것에 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)의 용적을 더한 양보다도 적게 계량되어 있기 때문에, 성형용 고무 재료의 일부가 제1 및 제2의 오리피스(37A,37B)로부터 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)로 충만되지 않을 정도로 흘러들어 온 시점에서, 사출이 완료한다.

그리고, 금형(2) 내에 충전된 성형용 고무 재료가 경시적으로 가교 경화됨으로써, 기재(11)의 양면에, 고무상 탄성재료로 이루어지는 개스킷이 일체로 성형된다.

또한, 성형 후에 금형 개방을 하여 제품을 취출할 때에는, 제1 및 제2의 잉여재료 저장소(38A,38B)에 고무 재료가 존재하는 것을 확인함으로써, 성형 압력이 적정하게 유지된 것, 나아가서는 성형된 개스킷의 물성저하나, 성형 수축에 의한 개스킷의 치수의 편차나, 에어의 잔류에 의한 성형 불량이 없는 것을, 용이하게 판단할 수 있다.

게다가, 제1의 에어 벤트 구멍(36A), 제1의 오리피스(37A) 및 제1의 잉여재료 저장소(38A)로 성형용 고무 재료의 일부가 흘러들어 오는 것에 의한 비제품부(미도시)는, 탕구(33), 러너(34) 및 게이트(35) 내의 성형용 고무 재료에 의한 비제품부(미도시)와 마찬가지로, 개스킷의 베이스부의 상면으로부터 연장되는 것으로 된다. 또한, 제2의 에어 벤트 구멍(36B), 제2의 오리피스(37B) 및 제2의 잉여재료 저장소(38B)로 성형용 고무 재료의 일부가 흘러들어 오는 것에 의한 비제품부(미도시)는, 기재(11)에 있어서의 제2의 연통 구멍(11b) 내로부터 연장되는 것으로 된다. 이 때문에, 이들 비제품부의 제거를 용이하게 행할 수 있고, 게다가, 이 비제품부의 제거흔은 시일립에는 형성되지 않으므로, 밀봉성에 악영향을 끼칠 일도 없으며, 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B) 내의 성형용 고무 재료의 일부가 기재(11)와 분할형(22) 또는 분할형(23)과의 맞닿음면 사이로 누출하는 것에 따른 얇은 버의 발생이 없으므로, 이러한 얇은 버의 제거 작업도 불필요하다.

다음에 도 6은, 본 발명에 관한 시일 부품의 제조 방법의 제3의 형태에서 사용되는 금형의 게이트, 캐비티 및 에어 벤트 구멍과 기재와의 관계를 나타내는 단면도이다. 이 형태도, 개스킷을 기재(11)의 양면에 일체로 성형하기 위한 것이다.

즉 도 6에 나타내는 금형(2)에 있어서, 상술한 제2의 형태와 다른 곳은, 금형 클램핑 상태에 있어서, 기재(11)의 상하 양측으로 분할형(21) 및 제2의 분할형(22)에 의해 구획형성되는 개스킷 성형용의 제1의 캐비티(3A) 및 제2의 캐비티(3B)가 서로 동일한 연장 형상을 이루며 연장되어 있는 점에 있다.

이 때문에, 기재(11)에 개설된 제1의 연통 구멍(11a)은, 제2의 분할형(22)에 개설된 게이트(35)와 대응하는 위치에서 제1의 캐비티(3A)의 베이스 성형부(31A)와 제2의 캐비티(3B)의 베이스 성형부(31B)의 사이에 개구되고, 제2의 연통 구멍(11b)은, 게이트(35) 및 제1의 연통 구멍(11a)을 통해서 제1의 캐비티(3A) 및 제2의 캐비티(3B) 내에 충전되는 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Aa,3Ba)의 사이에 개구되어 있다. 이 때문에, 제1의 캐비티(3A) 및 제2의 캐비티(3B)는, 제1의 연통 구멍(11a) 및 제2의 연통 구멍(11b)을 통하여 서로 연통된다.

또한, 분할형(22)에는 에어 벤트 구멍(36)이 개설되어 있다. 이 에어 벤트 구멍(36)은, 일단이 게이트(35)로부터 제1의 캐비티(3A) 내에 충전되는 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Aa), 즉 기재(11)에 있어서의 제2의 연통 구멍(11b)과 대응하는 위치에서 베이스 성형부(31A)에 개구되며, 타단이 분할형(21,22)의 맞닿음면에 개구되어 있다.

한편, 그 밖의 부분은, 기본적으로 앞서 설명한 도 5에 나타내는 제2의 형태와 마찬가지로 구성할 수 있고, 사출기에 의한 성형용 고무 재료의 사출량도, 제2의 형태와 마찬가지로 설정된다.

따라서 이 형태에서도, 제2의 형태와 마찬가지로 성형이 행해진다. 즉 성형용 고무 재료의 사출시에, 제1의 캐비티(3A) 내에서는 성형용 고무 재료가 게이트(35)로부터 양측(도시된 단면과 직교하는 방향)으로 분기되어 흘러 제1의 캐비티(3A) 내에 충만되고, 또한 이 성형용 고무 재료는, 제1의 캐비티(3A)로부터, 게이트(35)의 바로 아래에 위치하는 기재(11)의 제1의 연통 구멍(11a)을 통해서 제2의 캐비티(3B)에도 거의 동시에 충전된다.

그리고 제1의 캐비티(3A)에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Aa)에 개구된 에어 벤트 구멍(36) 내부는 감압되어 있으므로, 상기 합류 위치(3Aa)에 있어서의 잔존 에어나 성형용 고무 재료로부터의 휘발 가스가 이 에어 벤트 구멍(36)으로부터 배출되고, 제2의 캐비티(3B)에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치(3Ba)에 있어서의 잔존 에어나 성형용 고무 재료로부터의 휘발 가스도 제2의 연통 구멍(11b)을 통하여 에어 벤트 구멍(36)으로부터 배출되며, 또한 제1의 캐비티(3A) 및 제2의 캐비티(3B) 내의 성형용 고무 재료가 제2의 연통 구멍(11b)을 통하여 합류하면서 이 에어 벤트 구멍(36) 내로 흘러들어 온다. 따라서, 성형용 고무 재료의 합류·융합이 양호하게 행해지며, 게다가, 이 합류 위치(3Aa,3Ba)에 상기 잔존 에어나 휘발 가스에 의한 기포가 혼입해도, 이들은 성형용 고무 재료의 일부와 함께 에어 벤트 구멍(36)으로 유출된다.

그리고 에어 벤트 구멍(36)에 성형용 고무 재료가 충만된 후, 또한 그 하류측의 잉여재료 저장소(38)로 흘러들어 오는 과정에서, 오리피스(37)에 있어서 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키기 때문에, 그만큼만 제1 및 제2의 캐비티(3A,3B) 내의 성형 압력이 상승하며, 개스킷의 성형에 필요한 성형 압력의 하한값 이상으로 유지된다. 따라서 제 3의 형태도, 제2의 형태와 마찬가지의 효과를 실현할 수 있다.

1 시일 부품
11 기재
11a 제1의 연통 구멍
11b 제2의 연통 구멍
12 개스킷
2 금형
21∼23 분할형
3 캐비티
3A 제1의 캐비티
3B 제2의 캐비티
3a,3Aa,3Ba 합류 위치
35 게이트
36 에어 벤트 구멍
36A 제1의 에어 벤트 구멍
36B 제2의 에어 벤트 구멍
37 오리피스
37A 제1의 오리피스
37B 제2의 오리피스
38 잉여재료 저장소
38A 제1의 잉여재료 저장소
38B 제2의 잉여재료 저장소
4 성형용 고무 재료

Claims

기재에 고무상 탄성재료로 이루어지는 무단 형상의 개스킷을 일체로 성형한 시일 부품의 제조에 있어서, 상기 기재를 금형의 분할형 사이에 세팅하여 금형 클램핑하고, 상기 기재의 표면과 이에 대향하는 분할형의 내면과의 사이에 구획형성되는 무단 형상의 캐비티에 성형용 고무 재료를 사출하며, 그 사출량을, 상기 성형용 고무 재료가 상기 캐비티에 충만된 후, 이 캐비티 내에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치에 개구된 에어 벤트 구멍으로부터 그 하류측에 설치한 잉여재료 저장소로 흘러들어 오는 동시에 이 잉여재료 저장소에 충만되지 않을 양으로 하고, 상기 에어 벤트 구멍으로부터 잉여재료 저장소로 흘러들어 오는 성형용 고무 재료에 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키며, 이 압력강하에 의해, 상기 캐비티의 내압을 상기 개스킷의 성형시의 성형 압력의 하한값 이상이며 또한 상기 캐비티로부터의 누설 발생 압력의 하한값 미만으로 유지하는 것을 특징으로 하는 시일 부품의 제조 방법.
금형의 분할형 사이에 세팅된 기재의 표면과 이에 대향하는 분할형의 내면과의 사이에 구획형성되는 무단 형상의 개스킷 성형용 캐비티와, 이 캐비티 내에 있어서의 성형용 고무 재료의 합류 위치에 개구된 에어 벤트 구멍과, 그 하류측에 오리피스를 통하여 연장되어 있는 잉여재료 저장소를 가지고, 이 오리피스 및 잉여재료 저장소가 상기 캐비티와 반대측의 분할형의 맞닿음면을 따라 형성되며, 상기 오리피스는, 상기 에어 벤트 구멍으로부터 상기 잉여재료 저장소로 흘러들어 오는 성형용 고무 재료에 유동 저항에 의한 압력강하를 발생시키는 것을 특징으로 하는 시일 부품의 제조용 금형.