CN114126770A - 密封垫的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种密封垫的制造方法，不需要模具便能够实现使密封垫的尺寸形状稳定。所述密封垫的制造方法的特征在于，具有通过排出装置(100)将液态橡胶排出至基材上的工序和通过固化所排出的液态橡胶而使橡胶制的密封垫形成于所述基材上的工序，并且排出装置(100)包括阀芯(111)和排出口(114)，是排出口(114)相对于所述基材以非接触的状态使用的非接触式排出装置，所述阀芯(111)开闭供液态橡胶流动的流路，所述排出口(114)通过基于阀芯(111)的阀的开闭而不连续地排出液滴状的液态橡胶。

Description

密封垫的制造方法
技术领域
本发明涉及一种在基材上形成密封垫的密封垫的制造方法。
背景技术
作为在燃料电池的隔板上形成密封垫的方法，有基于注塑成型的方法、基于丝网印刷的方法、使用点胶机(dispenser)的方法等。在注塑成型的情况下，有能够使密封垫的形状稳定的优点，另一方面，需要毛刺对策，另外有按照各个尺寸形状不同的制品都需要模具这样的缺点。在丝网印刷的情况下，有材料选择的自由度大且保养性也优异等优点，另一方面，有密封垫的形状不稳定而难以成为所期望的形状等缺点。在使用点胶机的情况下，也有材料选择的自由度大等优点，另一方面，由于是一边与基材(隔板主体)接触一边连续地涂敷材料的方式，因此因基材的翘曲、定位精度等的影响而有难以使喷嘴前端与基材的距离保持恒定，从而导致膜厚不均的缺点。进一步，在使用点胶机的情况下，在形成环状密封垫时，起点侧与终点侧汇合的部分双层重叠，因此有难以形成所期望的形状尺寸的缺点。
另外，除此以外，也有研究采用喷墨方式，在该方式的情况下，以材料的粘度低为使用条件，存在难以应用用作密封垫的材料的液态橡胶这样的问题。如此，任一方法都有优缺点，期望更适合的制造方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/212775号
专利文献2：日本特开2016-186327号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种密封垫的制造方法，该密封垫的制造方法不需要模具便能实现使密封垫的尺寸形状稳定。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述技术问题而采用了以下方案。
即，根据本发明的密封垫的制造方法，其特征在于，包括：
通过排出装置将液态橡胶排出至基材上的工序；和
通过固化所排出的液状橡胶而使橡胶制的密封垫形成于所述基材上的工序，
并且前述排出装置包括阀芯和排出口，是所述排出口相对于所述基材以非接触的状态使用的非接触式排出装置，所述阀芯开闭供液态橡胶流动的流路，所述排出口通过基于所述阀芯的阀的开闭而不连续地排出液滴状的液态橡胶。
根据本发明，采用通过排出装置排出液态橡胶的结构，因此不需要如进行注塑成型的情况那样的模具。另外，由于采用通过排出装置不连续地排出液滴状的液态橡胶的结构，因此与采用丝网印刷的情况相比，能够使密封垫的形状及尺寸稳定。进一步，由于采用通过非接触式排出装置不连续地排出液滴状的液态橡胶的结构，因此与使用点胶机的情况相比，能够使排出至基材上的材料的膜厚恒定。另外，即使在形成环状的密封垫的情况下，也不会导致起点侧与终点侧汇合的部分变成双层。
所述排出装置可包括空气脉冲式促动器，所述空气脉冲式促动器通过压缩空气来驱动所述阀芯。
另外，所述排出装置还优选包括压电式促动器，所述压电式促动器通过压电元件来驱动所述阀芯。
还优选通过所述排出装置将液态橡胶排出至形成于所述基材的凸部的表面。
进一步，所述液态橡胶可以使用稀释后的粘度为100mPa·s以上且300mPa·s以下的材料。
需要说明的是，上述各构成可采用尽可能的组合。
发明效果
如以上说明那样，根据本发明，不需要模具便能实现使密封垫的尺寸形状稳定。
附图说明
图1是燃料电池的隔板的俯视图。
图2是燃料电池的隔板的剖视图。
图3是本发明的实施例的密封垫的制造工序图。
图4是本发明的实施例的排出装置的主要结构图。
图5是空气脉冲式促动器的主要结构图。
图6是压电式促动器的主要构成图。
具体实施方式
以下，参照附图并基于实施例对该具体实施方式进行示例性地详细说明。其中，关于本实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别特定的记载，就并非旨在将本发明的范围仅限定为这些。
(实施例)
参照图1～图6，对本发明的实施例的密封垫的制造方法进行说明。需要说明的是，在本实施例中，作为一例，对在燃料电池中的隔板主体形成密封垫的情况进行说明。但是，本发明中的密封垫的制造方法并不限于隔板的情况，例如也能应用于将橡胶制的密封垫一体地设于金属密封垫的情况。
图1是燃料电池的隔板的俯视图。图2是燃料电池的隔板的剖视图，是图1中的AA剖视图。图3是本发明的实施例的密封垫的制造工序图，其概略性地示出各工序所使用的装置。图4是本发明的实施例的排出装置的主要结构图，其仅概略性地示出排出装置的主要的结构。图5是空气脉冲式促动器的主要结构图，其概略地示出空气脉冲式促动器的主要构成。图6是压电式促动器的主要结构图，其概略性地示出压电式促动器的主要结构。
＜隔板＞
参照图1及图2对通过本实施例的密封垫的制造方法形成有密封垫的隔板进行说明。隔板10包括基材11、形成于基材11的表面的流路12和设置于基材11的多个歧管13。在本实施例中，基材11由金属构成。但是，作为基材11的材料，也有使用碳材料的情况。另外，本发明中所使用的基材的材料并不限定为金属、碳材料，也可以应用树脂材料等。
形成于基材11的表面的流路12用作供燃料气体、氧化剂气体等流动的流路。通常，燃料电池构成为由多个单电池组成的电池堆。设置于基材11的歧管是为了将燃料气体、氧化剂气体及冷却液等分配至各电池而设置的。
并且，为了防止上述燃料气体等泄露至外部等，在形成有流路12的区域的周围及歧管13的周围分别一体地设置橡胶制的密封垫14。需要说明的是，在图1中，用粗的虚线示出设有密封垫14的部位。通常，为了提高密封性，大多在基材11设置凸部11a(有时也称作凸筋部)并在该凸部11a的表面形成密封垫14。但是，本发明的密封垫的制造方法也能够应用于在平面上形成密封垫的情况。
＜制造工序＞
特别参照图3对本实施例的密封垫的制造方法中的制造工序进行说明。本制造工序具有：第1工序，通过排出装置100将液态橡胶14a排出至基材11上(参照图3的(a))；和第2工序，通过固化所排出的液态橡胶14a而使橡胶制的密封垫14形成于基材11上(参照图3的(b))。
排出装置100包括装置主体110、将排出材料(在本实施例中为液状橡胶14a)供给至装置主体110的供给装置120和对装置主体110所配置的阀芯111(图4参照)进行驱动的促动器130。需要说明的是，在通过排出装置100将排出材料排出至基材11上的情况下，可以采用在固定了基材11的状态下使排出装置100移动的结构、在固定了排出装置100的状态下使基材11移动的结构以及使排出装置100和基材11两者移动的结构中的任一种。
本实施例的排出装置100是非接触式排出装置，其具有不连续地排出液滴状的排出材料并使其涂敷在设置于远离排出装置100的位置的基材11的功能。需要说明的是，该排出装置100有时也称作喷射点胶机。
作为本实施例的排出材料的液态橡胶14a是热固化性的橡胶材料。因此，在第2工序中，通过加热器200对涂敷有液状橡胶14a的基材11进行加热，从而固化液态橡胶14a并固定于基材11。即，能够在基材11上一体地形成密封垫14。
＜＜排出装置＞＞
特别参照图4对排出装置100进行更详细的说明。需要说明的是，在图4中仅简略性地示出排出装置100的主要部分，而对构成排出装置100的构件进行适当省略。如上所述，在装置主体110的内部设有阀芯111(有时也称作阀针)。阀芯111构成为能够在设置于装置主体110的贯穿***孔112内往复移动(图中，上下移动)，在贯穿***孔112的前端侧(图中，下侧)设有阀座113。另外，在比该阀座113更靠前端侧设有供排出材料排出的排出口(114)。并且，供从供给装置120供给的排出材料流动的流路121构成为与贯穿***孔112连接。从供给装置120供给的排出材料构成为施加有规定的流体压力。
根据以上那样构成的排出装置100，通过基于促动器130的阀芯111的往复移动，从而开闭阀，并且从排出口(114)不连续地排出液滴状的排出材料(液态橡胶14a)。在使用排出装置100时，排出口(114)相对于基材11为非接触的状态。
对于促动器130，并无特别限定，只要是包括使阀芯111往复移动的功能的促动器，就可采用各种结构。作为一例，分别对通过压缩空气使阀芯111驱动的空气脉冲式促动器的情况和通过压电元件使阀芯111驱动的压电式促动器的情况进行说明。
＜＜空气脉冲式促动器＞＞
参照图5对空气脉冲式促动器进行说明。需要说明的是，在图5中，用剖视示意图示出排出装置100的装置主体110之中的、与空气脉冲式促动器相关的主要构成构件，关于与设置于装置主体110的外部的空气脉冲式促动器相关的结构，用电路图示出。
在空气脉冲式促动器的情况下，在阀芯111设有活塞111a。通过该活塞111a形成密闭空间115。另外，隔着活塞111a而在与密闭空间115相反的一侧设有将活塞111a朝向密闭空间115侧按压的弹簧116。
并且，在装置主体110的外部设有：空气泵131，用于将压缩空气经由供给通路R1送入至密闭空间115；和排气通路R2，用于对密闭空间115内的空气进行排气。另外，还包括：电磁阀132，用于截断或开放供给通路R1并且截断或开放排气通路R2；和控制装置133，控制电磁阀132。
在图5中，示出通过电磁阀132开放供给通路R1并截断排气通路R2的状态。由此，将压缩空气从空气泵131送给至密闭空间115，阀芯111与活塞111a一起抵抗116的按压力向图5中上方移动，从而阀成为打开的状态。另外，虽然没有特别图示，但若通过控制装置133切换电磁阀132，则成为供给通路R1被截断、排气通路R2被开放的状态。由此，密闭空间115内的气体被排出，且在弹簧116的按压力的作用下，阀芯111与活塞111a一起向图5中下方移动。由此，阀成为关闭的状态。这样，通过基于控制装置133的电磁阀132的切换而使阀芯111往复移动，由此能够开闭阀。
＜＜压电式促动器＞＞
参照图6对压电式促动器进行说明。需要说明的是，在图6中简略性地示出与压电式促动器有关的主要构成构件。在压电式促动器的情况下，在压电元件134安装有阀芯111。在该实施例中，在阀芯111设有凸缘部111b。并且，还设有将凸缘部111b朝向压电元件134侧按压的弹簧117。进一步，还包括电压供给装置135，该电压供给装置135对压电元件134施加电压，并且能够控制所施加的电压。根据以上的结构，通过电压供给装置135来控制施加于压电元件134的电压，由此在压电元件134伸长的情况下，阀芯111抵抗弹簧117的按压力且向图中下方移动，从而阀成为关闭的状态。另外，在压电元件134收缩的情况下，在弹簧117的按压力的作用下，阀芯111向图中上方移动，从而阀成为打开的状态。这样，通过电压供给装置135来控制施加于压电元件134的电压，由此伸缩压电元件134，能够使阀芯111往复移动。因此，能够开闭阀。
＜＜排出材料的各种条件＞＞
作为排出材料，如上所述，使用液态橡胶14a。作为液态橡胶14a的具体例，可以举出液态氟橡胶、EPDM、硅橡胶。在采用液态氟橡胶的情况下，能够适宜使用以下的液态氟橡胶：使用原液粘度为100Pa·s以上且280Pa·s以下的材料，通过利用稀释剂(例如氟剂稀释剂)使稀释率(固体成分浓度)成为40wt％以上且60wt％以下，从而稀释后的粘度为100mPa·s以上且300mPa·s以下。需要说明的是，关于用作密封垫14的材料的液态橡胶14a，对稀释后的粘度较高的理由进行简单的说明。作为第一个理由，可举出通过1次涂敷可得到密封性能所需的膜厚。在材料的粘度低的情况下，膜厚变薄，因此为了得到密封性能所需的膜厚，产生通过反复进行上述的第1工序和第2工序来形成多层的膜从而形成密封垫的需要。作为第二个理由，可举出由于在设置于基材11的凸部11a的表面涂敷液态橡胶14a，因此需要抑制液态橡胶14a从凸部11a洒落。这样，在将液态橡胶14a用作密封垫14的材料的情况下，期望稀释后的粘度较高，而难以采用喷墨方式。
＜＜采用了空气脉冲式促动器的情况的排出装置的各种条件＞＞
作为促动器130，对采用了空气脉冲式促动器的情况的排出装置100的各种条件进行说明。在该情况下，基于空气泵131的工作气压可设定在0.1MPa以上且0.5MPa以下的范围。另外，阀径(排出口114的直径)可设定为200μm左右。关于阀调温，并无特别设定，只要使其在室温下工作即可。关于排出材料的液压(注射器压力)，可设定为0.11Mpa左右。另外，关于循环时间(基于电磁阀132的阀的开闭周期)，可设定为15msec以上且20msec以下。
＜＜采用了压电式促动器的情况的排出装置的各种条件＞＞
作为促动器130，对采用了压电式促动器的情况的排出装置100的各种条件进行说明。在该情况下，对压电元件134的施加电压可设定为80V以上且120V以下。另外，阀径(排出口114的直径)可设定为200μm以上且300μm以下。关于阀的温度调节，可设定为室温以上且50℃以下。关于排出材料的液压(注射器压力)，可设定为0.1MPa以上且0.5MPa以下。另外，关于循环时间(基于压电元件134的阀的开闭周期)，可设定为15msec以上且30msec以下。
＜本实施例的密封垫的制造方法的优点＞
根据本实施例的密封垫的制造方法，由于采用通过排出装置100来排出液态橡胶14a的结构，因此不需要如进行注塑成型的情况那样的模具。在本实施例的情况下，仅改变排出装置100、基材11的移动控制，就能制造尺寸形状不同的各种制品。因此，与进行注塑成型的情况相比，不仅不需要毛刺对策，而且也不是按照各个制品都需要模具，因此能够削减成本。
另外，由于采用通过排出装置不连续地排出液滴状的液态橡胶的结构，因此与采用丝网印刷的情况相比，能够使密封垫的形状及尺寸稳定。即，丝网印刷是利用刮板且经由设置于掩模的网将涂敷材料涂敷至基材上的方法。在该情况下，在所涂敷的材料的表面残留网痕，因此表面的粗糙度变高。与此相对，在本实施例的情况下，通过排出液滴状的液态橡胶，从而所涂敷的材料的表面平滑，并能够降低表面的粗糙度。另外，已知在利用丝网印刷将材料涂敷于凸部(凸筋)的表面的情况下会产生宽度方向(短边方向)的两侧比中央高的现象(称作鞍部(saddle)现象)。当产生这样的现象时，基于密封垫的密封性能降低。与此相对，通过本实施例的制造方法得到的密封垫14呈现宽度方向的中央比宽度方向的两侧高的形状(圆顶形(dome shape)的形状)，因此能够得到稳定的密封性能。
需要说明的是，本实施例的制造方法也能够应对于以跨越设置于基材表面的台阶差的方式形成密封垫14的情况。与此相对，丝网印刷不能以跨越设置于基材表面的台阶差的方式形成密封垫。另外，在丝网印刷的情况下，材料被曝露于大气中从而挥发物质的挥发量变多，材料品质降低，成品率低，而与此相对，在本实施例的制造方法的情况下，没有这样的问题，并且能够提高成品率。
进一步，在本实施例中，采用通过非接触式排出装置不连续地排出液滴状的液态橡胶的结构。因此，与使用通常的点胶机的情况相比，能够使排出至基材上的材料的膜厚为恒定。另外，即使在形成环状的密封垫的情况下，也不会导致起点侧与终点侧汇合的部分变成双层。即，在通常的点胶机的情况下，由于是一边与基材(隔板主体)接触一边连续地涂敷材料的方式，因此因基材的翘曲、定位精度等的影响而难以使喷嘴前端与基材的距离保持恒定，从而导致膜厚不均。另外，在形成环状的密封垫的情况下，不得不在起点侧与终点侧汇合的部分排出双层材料。由此，膜厚容易不均，特别是起点侧与终点侧汇合的部分排出双层材料，因此难以制成所期望的形状及尺寸。需要说明的是，根据本实施例的制造方法，通过调整所排出材料的粘度以及控制循环时间(基于电磁阀132、压电元件134的阀芯111的开闭周期)等，能够容易地变更控制所涂敷的材料的膜厚、宽度。而且，能够使所涂敷的材料的膜厚恒定，并且也不需要使起点侧与终点侧汇合的部分为双层，因此能够制成所期望的形状及尺寸。
需要说明的是，在喷墨方式的情况下，能够应用的材料的粘度为2mPa·s～25mPa·s左右，因此难以采用液态橡胶14a。
附图标记说明
10 隔板
11 基材
11a 凸部
12 流路
13 歧管
14 密封垫
14a 液态橡胶
100 排出装置
110 装置主体
111 阀芯
111a 活塞
111b 凸缘部
112 贯穿***孔
113 阀座
114 排出口
115 密闭空间
116、117 弹簧
120 供给装置
121 流路
130 促动器
131 空气泵
132 电磁阀
133 控制装置
134 压电元件
135 电压供给装置
200 加热器
R1 供给通路
R2 排气通路
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种密封垫的制造方法，其特征在于，包括：
通过排出装置将热固化性的液态橡胶排出至基材上的工序；和
通过利用加热固化所排出的液状橡胶而使橡胶制的密封垫形成于所述基材上的工序，
并且所述排出装置包括阀芯和排出口，是所述排出口相对于所述基材以非接触的状态使用的非接触式排出装置，所述阀芯开闭供液态橡胶流动的流路，所述排出口通过基于所述阀芯的阀的开闭而不连续地排出液滴状的液态橡胶。
2.根据权利要求1所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述排出装置包括空气脉冲式促动器，所述空气脉冲式促动器通过压缩空气来驱动所述阀芯。
3.根据权利要求1所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述排出装置包括压电式促动器，所述压电式促动器通过压电元件来驱动所述阀芯。
4.根据权利要求1、2或3所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
通过所述排出装置将液态橡胶排出至形成于所述基材的凸部的表面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述液态橡胶使用稀释后的粘度为100mPa·s以上且300mPa·s以下的材料。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
修改说明：
根据条约第19条及中国专利局的有关规定，申请人现对进入国家阶段的本申请的权利要求书(√)、说明书( )和附图( )、说明书摘要( )进行修改，并提供其修改后的中文文本。其修改涉及
以新的权利要求书第1～5项 替换 原权利要求书第1～5项。
具体修改情况参见所附：
修改前后内容的对照表( )
在原文件复制件上的修改标注(√)
请中国专利局在该修改文本的基础上审查本申请。
1.一种密封垫的制造方法，其特征在于，包括：
通过排出装置将热固化性的液态橡胶排出至基材上的工序；和
通过利用加热固化所排出的液状橡胶而使橡胶制的密封垫形成于所述基材上的工序，
并且所述排出装置包括阀芯和排出口，是所述排出口相对于所述基材以非接触的状态使用的非接触式排出装置，所述阀芯开闭供液态橡胶流动的流路，所述排出口通过基于所述阀芯的阀的开闭而不连续地排出液滴状的液态橡胶。
2.根据权利要求1所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述排出装置包括空气脉冲式促动器，所述空气脉冲式促动器通过压缩空气来驱动所述阀芯。
3.根据权利要求1所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述排出装置包括压电式促动器，所述压电式促动器通过压电元件来驱动所述阀芯。
4.根据权利要求1、2或3所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
通过所述排出装置将液态橡胶排出至形成于所述基材的凸部的表面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述液态橡胶使用稀释后的粘度为100mPa·s以上且300mPa·s以下的材料。

Claims (5)

1.一种密封垫的制造方法，其特征在于，包括：
通过排出装置将液态橡胶排出至基材上的工序；和
通过固化所排出的液态橡胶而使橡胶制的密封垫形成于所述基材上的工序，
并且所述排出装置包括阀芯和排出口，是所述排出口相对于所述基材以非接触的状态使用的非接触式排出装置，所述阀芯开闭供液态橡胶流动的流路，所述排出口通过基于所述阀芯的阀的开闭而不连续地排出液滴状的液态橡胶。
2.根据权利要求1所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述排出装置包括空气脉冲式促动器，所述空气脉冲式促动器通过压缩空气来驱动所述阀芯。
3.根据权利要求1所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述排出装置包括压电式促动器，所述压电式促动器通过压电元件来驱动所述阀芯。
4.根据权利要求1、2或3所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
通过所述排出装置将液态橡胶排出至形成于所述基材的凸部的表面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的密封垫的制造方法，其特征在于，
所述液态橡胶使用稀释后的粘度为100mPa·s以上且300mPa·s以下的材料。
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