JP6768822B2

JP6768822B2 - ガスケット及びその製造方法

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Publication number: JP6768822B2
Application number: JP2018548602A
Authority: JP
Inventors: 里美吉田; 元由井
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-10-12
Also published as: US11028924B2; CN109790926B; CN109790926A; EP3537010B1; JPWO2018083956A1; EP3537010A1; US20190309850A1; EP3537010A4; WO2018083956A1; CA3038481A1

Description

本発明は、シール技術に係るガスケット及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、基材およびこの基材に被着されたガスケット本体を備えるガスケット及び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、その他用途の一般的なガスケットとして用いられる。

従来から、燃料電池セルなどに用いられるガスケットとして、下記特許文献１に示すようなゴム状弾性体のみよりなるラバーオンリータイプの両面ガスケットや、図１５に示すような基材５３０の厚み方向両面にそれぞれゴム状弾性体よりなるガスケット本体５２０を一体成形した両面ガスケット５１０が知られている。

特開２００５−１０８５６５号公報特開２０００−２３０６４０号公報

しかしながら、ラバーオンリータイプの両面ガスケットには、ゴム状弾性体のみよりなるため、変形しやすく、搬送時や組付け時の取扱い作業性（ハンドリング性）に改善の余地がある。

一方、図１５の両面ガスケット５１０によれば、ゴム状弾性体よりなるガスケット本体５２０が樹脂フィルム等よりなる基材５３０によって保持されるため、搬送時や組付け時の取扱い作業性（ハンドリング性）を改善することが可能とされる。

しかしながら、この図１５の両面ガスケット５１０では図示するように、基材５３０が平板状のままとされ、その厚み方向両面にそれぞれガスケット本体５２０が射出成形される構成であるため、成形されたガスケット本体５２０はそれぞれ独自にシール面圧を確保する必要がある。これに対し、一方のガスケット本体５２０が他方のガスケット本体５２０におけるシール面圧の確保に寄与する構造であれば、他方のガスケット本体５２０を薄肉化することできる、或いは他方のガスケット本体５２０を金型による射出成形以外の簡易な方法で形成することができると云ったメリットを実現することができる。

本発明の課題は、基材の厚み方向両面にそれぞれガスケット本体を設けた両面ガスケットにおいて、一方のガスケット本体が他方のガスケット本体におけるシール面圧の確保に寄与する構造を備え、もって他方のガスケット本体についての構成や形成方法を簡易化することできるガスケットおよびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるガスケットは、基材と、前記基材の厚み方向一方の面に設けられた一方のガスケット本体と、前記基材の厚み方向他方の面に設けられた他方のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、前記一方のガスケット本体は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部を備え、前記基材は、前記突起部を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部を備え、前記他方のガスケット本体は、前記変形部の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、前記突起部は、その先端に平坦部を備えることを特徴とする。

また、基材と、前記基材の厚み方向一方の面に設けられた一方のガスケット本体と、前記基材の厚み方向他方の面に設けられた他方のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、前記一方のガスケット本体は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部を備え、前記基材は、前記突起部を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部を備え、前記他方のガスケット本体は、前記変形部の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、前記突起部は、その根元の幅よりも先端の幅のほうが大きい逆テーパ構造を備えることを特徴とする。

また、基材と、前記基材の厚み方向一方の面に設けられた一方のガスケット本体と、前記基材の厚み方向他方の面に設けられた他方のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、前記一方のガスケット本体は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部を備え、前記基材は、前記突起部を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部を備え、前記他方のガスケット本体は、前記変形部の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、前記突起部は、その先端に小突起を備えることを特徴とする。

また、本発明によるガスケットの製造方法は、上記したガスケットを製造する方法であって、前記基材をインサートした金型によって前記一方の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基材に前記変形部を形成する工程と、前記一方のガスケット本体および基材よりなる成形品を前記金型から取り出し、前記成形品上に前記他方のガスケット本体を後付けで設ける工程と、を順次実施することを特徴とする。

実施の態様として、前記成形品上に前記他方のガスケット本体を後付けで設ける工程は、スクリーン印刷法、ディスペンサ塗布法、スプレー塗布法またはインクジェット塗布法により実施することを特徴とする。

実施の態様として、前記成形品上に前記他方のガスケット本体を後付けで設ける工程は、紫外線硬化材料または室温硬化材料により実施することを特徴とする。

また、本発明によるガスケットの製造方法は、上記したガスケットを製造する方法であって、前記他方のガスケット本体となる材料を前記基材の厚み方向他方の面に先付けで設ける工程と、前記基材をインサートした金型によって前記一方の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基材に前記変形部を形成する工程と、を順次実施することを特徴とする。

実施の態様として、前記他方のガスケット本体となる材料を前記基材の厚み方向他方の面に先付けで設ける工程は、スクリーン印刷法、ディスペンサ塗布法、スプレー塗布法またはインクジェット塗布法により実施することを特徴とする。

実施の態様として、前記他方のガスケット本体となる材料を前記基材の厚み方向他方の面に先付けで設ける工程は、紫外線硬化材料または室温硬化材料により実施することを特徴とする。

本発明によれば、上記構成により、基材の厚み方向両面にそれぞれガスケット本体を設けた両面ガスケットにおいて、一方のガスケット本体が他方のガスケット本体におけるシール面圧の確保に寄与する構造を備えるため、他方のガスケット本体についての構成や形成方法を簡易化することできるガスケットおよびその製造方法を提供することができる。

第１実施の形態に係るガスケットの要部断面図である。同ガスケットの装着状態を示す説明図である。同ガスケットの製造方法を示す説明図である。同ガスケットの製造方法を示す説明図である。同ガスケットの製造方法を示す説明図である。同ガスケットの製造方法を示す説明図である。同ガスケットにおけるゴム層が均一に成形されなかったときの状態を示す要部断面図である。第２実施の形態に係るガスケットの要部断面図である。第３実施の形態に係るガスケットの要部断面図である。第４実施の形態に係るガスケットの要部断面図である。第５実施の形態に係るガスケットの要部断面図である。第６実施の形態に係るガスケットの要部断面図である。第５実施の形態に係るガスケットの製造方法を示す説明図である。同ガスケットの製造方法を示す説明図である。従来例に係るガスケットの要部断面図である。

第１実施の形態・・・・
図１に示すように、実施の形態に係るガスケット１０は、基材３０と、この基材３０の厚み方向一方の面（図では上面）３３に設けられた一方のガスケット本体２０と、基材３０の厚み方向他方の面（図では下面）３４に設けられた他方のガスケット本体４０とを一体に備える両面ガスケットとして形成されている。一方のガスケット本体２０は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部２３を備え、基材３０は、突起部２３を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部３２を備え、他方のガスケット本体４０は、変形部３２の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、突起部２３のゴム弾性によってシール面圧を付与されるものとして形成されている。

一方のガスケット本体２０は、所要のゴム状弾性体（ゴム材料）よりなり、断面長方形状のガスケット基部２１を備え、このガスケット基部２１の厚み方向一方の面（上面）２４の幅方向中央部に断面三角形状のシールリップ２２が一体に設けられるとともに、ガスケット基部２１の厚み方向他方の面（下面）２５の幅方向中央部に断面円弧形ないし半円形状の突起部２３が一体に設けられている。突起部２３は、その幅をガスケット基部２１の幅やシールリップ２２の幅よりも小さく設定され、かつその高さを基材３０の厚みよりも大きく設定されている。

基材３０は、所要の樹脂フィルムよりなり、ガスケット完成状態でも平板状のままとされる基材本体３１を備え、この基材本体３１に対し、突起部２３と同じく断面円弧形ないし半円形状を呈して突起部２３を被覆する中空立体形状とされた変形部３２が一体に設けられている。

他方のガスケット本体４０は、一方のガスケット本体２０と同種または異種のゴム状弾性体（ゴム材料）よりなり、変形部３２の突出側表面部を被覆するように変形部３２と同じく断面円弧形ないし半円形状を呈する膜状のゴム層として形成されている。

上記構成のガスケット１０は、図２に示すように、燃料電池セルにおける一対のセパレータ５０，５１間に装着されてシール機能を発揮する燃料電池用ガスケットとして用いられる。基材３０は、ＭＥＡ（膜電極複合体）やＧＤＬ（ガス拡散層）等よりなるセル内挿部品５２に連結されることがある。ガスケット１０は一対のセパレータ５０，５１間に装着されて厚み方向に圧縮される。一方のガスケット本体２０は、圧縮に伴う反力によってシールリップ２２が一方のセパレータ５０に押し付けられることによりシール面圧を発生し、これによりシール機能を発揮する。他方のガスケット本体４０は、圧縮に伴う反力によってこの他方のガスケット本体４０が他方のセパレータ５１に押し付けられることによりシール面圧を発生し、これによりシール機能を発揮する。また、他方のガスケット本体４０は一方のガスケット本体２０の突起部２３によって支持（バックアップ）された状態とされるので、突起部２３のゴム弾性によってシール面圧を付与ないし加重される。したがって他方のガスケット本体４０は独自にすべてのシール面圧を発生させる必要がないので、膜状ないし薄膜状のゴム層として形成されることが可能とされる。

つぎに、上記ガスケット１０の製造方法について説明する。製造には金型（射出成形用金型）６０を用いる。

図３に示すように、金型６０は、上型７０および下型８０を備える。上型７０はそのパーティング面７１に、一方のガスケット本体２０のうちのガスケット基部２１およびシールリップ２２を成形するためのキャビティ７２を備える。下型８０はそのパーティング面８１に、一方のガスケット本体２０のうちの突起部２３を成形するためのキャビティ８２を備える。

製造の手順としては、先ず上型７０および下型８０間に基材３０を挟み込んだ状態で型締めを行い、次いで図４に示すように、上型７０のキャビティ７２に一方のガスケット本体２０を成形するための成形材料を充填する。上型７０のキャビティ７２に成形材料を充填すると、その成形材料充填圧力（射出圧力）によって基材３０が変形（塑性変形）して下型８０のキャビティ８２内面に沿った形状となり、これにより基材３０に変形部３２が形成されるとともに、下型８０のキャビティ８２にも成形材料が充填され、これにより突起部２３が形成される。

次いで、成形材料の硬化後、図５に示すように基材３０および一方のガスケット本体２０の組み合わせよりなる成形品を金型６０から取り出し、次いで図６に示すように、変形部３２の突出側表面上に他方のガスケット本体４０を後付けで形成する。形成は、スクリーン印刷法、ディスペンサ塗布法、スプレー塗布法またはインクジェット塗布法などの、金型による射出成形以外の簡易な方法によって行う。したがってこの方法によれば、他方のガスケット本体４０の成形工程を簡略化することができ、コストを低減させることもできる。

尚、他方のガスケット本体４０の形成に際しては、図７に示すように形成後に樹脂フィルムよりなる変形部３２が露出することはシール機能上好ましくないので、ゴム材料の塗布量や塗布厚みについて精度良く管理することが望ましい。

上記ガスケット１０の形状や構成は、以下のようなものであっても良い。

第２実施の形態・・・・
突起部２３は、その先端に平坦部を備えるものであっても良い。

図８はこの例として、突起部２３の突出方向先端部に、基材３０と平行な平坦部２６が設けられ、突起部２３は断面台形状とされている。またこれに合わせて、変形部３２の突出方向先端部にも平坦部３６が設けられ、他方のガスケット本体４０は平坦状とされている。このように平坦部２６，３６が設けられ、他方のガスケット本体４０が平坦状とされると、他方のガスケット本体４０の厚み（膜状のゴム層の厚み）を全面に亙って一定に形成しやすいため、上記図７のように変形部３２が露出するのを防止することができる。

第３実施の形態・・・・
突起部２３は、その根元の幅よりも先端の幅のほうが大きい逆テーパ構造を備えるものであっても良い。

図９はこの例として、突起部２３にその根元の幅ｗ_１よりも先端の幅ｗ_２のほうが大きい逆テーパ構造２７が設けられている。また、突起部２３の突出方向先端部に、基材３０と平行な平坦部２６が設けられ、突起部２３は図８とは上下反対向きの断面台形状とされている。またこれに合わせて、変形部３２の突出方向先端部にも平坦部３６が設けられ、他方のガスケット本体４０は平坦状とされている。このように逆テーパ構造２７が設けられると、一方のガスケット本体２０が基材３０から脱落しにくくなるため、搬送時や組付け時の取扱い作業性（ハンドリング性）を一層向上させることができる。

第４実施の形態・・・・
突起部２３は、その先端に小突起を備えるものであっても良い。

図１０はこの例として、突起部２３の突出方向先端部に、突起部２３よりも幅狭の小突起２８が設けられ、これに合わせて、変形部３２の突出方向先端部に、小突起２８を被覆する小突起被覆部３８が設けられている。また、突起部２３の突出方向先端部に、基材３０と平行な平坦部２６が設けられ、小突起２８はこの平坦部２６の幅方向中央部に設けられている。また、突起部２３にはその根元の幅よりも先端の幅のほうが大きい逆テーパ構造２７が設けられている。他方のガスケット本体は、図１０（Ａ）に示すように、小突起被覆部３８に被着された部分と、その左右両側で変形部３２に被着された部分とに分けられているが、図１０（Ｂ）に示すようにこれらの部分は一体に形成されたものであっても良い。このように小突起２８が設けられると、シール面圧が局部的に増大するため、シール性を一層向上させることができる。

第５実施の形態・・・・
膜状のゴム層として形成される他方のガスケット本体４０は、その幅が変形部３２の幅よりも大きく設定されることにより、変形部３２のみならず平板状の基材本体に被着される部分を備えていても良い。

図１１はこの例として、他方のガスケット本体４０の幅ｗ_３が変形部３２の幅ｗ_４よりも大きく、一方のガスケット本体２０の幅ｗ_５と同等に設定され、他方のガスケット本体４０はその全面に亙って基材３０に被着されている。

第６実施の形態・・・・
突起部２３は、シールリップ形状であっても良い。

図１２はこの例として、突起部２３が断面三角形のシールリップ形状に形成されている。また、他方のガスケット本体４０の幅ｗ_３が変形部３２の幅ｗ_４よりも大きく、一方のガスケット本体２０の幅ｗ_５と同等に設定され、他方のガスケット本体４０はその全面に亙って基材３０に被着されている。

また、この図１２の例では、突起部２３とガスケット基部２１の間に断面長方形状の突起基台部２９が一体に設けられることにより、シールリップ形状の突起部２３および断面長方形状の突起基台部２９の組み合わせによって、シールリップ２２およびガスケット基部２１の組み合わせよりなる一面側ガスケット体と厚み方向に対称をなす他面側ガスケット体が設けられている。したがって基材３０には、突起部２３を被覆する変形部３２のほかに、突起基台部２９を被覆する基台被覆部３９が設けられ、他方のガスケット本体４０には、変形部３２に被着された部分のほかに、基台被覆部３９に被着された部分が設けられている。

上記第５または第６実施の形態のように、他方のガスケット本体４０の幅ｗ_３を変形部３２の幅ｗ_４よりも大きく設定する場合には、基材３０に対しこの他方のガスケット本体４０を後付けでなく先付けする手順にてガスケット１０を製造するようにしても良い。この場合、製造は以下の手順で行われる。

すなわち、先ず図１３（Ａ）に示すように、平板状の基材３０の平面上に、他方のガスケット本体４０を先付けで形成する。形成は、スクリーン印刷法、ディスペンサ塗布法、スプレー塗布法またはインクジェット塗布法などの、金型による射出成形以外の簡易な方法によって行う。

次いで、図１３（Ｂ）に示すように、他方のガスケット本体４０を先付けした基材３０を上型７０および下型８０間に挟み込んだ状態で型締めを行い、次いで図１４に示すように、上型７０のキャビティ７２に一方のガスケット本体２０を成形するための成形材料を充填する。上型７０のキャビティ７２に成形材料を充填すると、その成形材料充填圧力（射出圧力）によって基材３０および他方のガスケット本体４０が変形して下型８０のキャビティ８２内面に沿った形状となり、これにより基材３０に変形部３２が形成されるとともに、下型８０のキャビティ８２にも成形材料が充填され、これにより突起部２３が形成される。

次いで、成形材料の硬化後、成形品を金型６０から取り出すことにより、図１１に示したガスケット１０の製造完了となる。この手順によると他方のガスケット本体４０の厚み（膜状のゴム層の厚み）を全面に亙って一定に形成しやすいため、上記図７のように変形部３２が露出するのを有効に防止することができる。

また、この先付けの場合、および上述した後付けの場合を問わず、他方のガスケット本体４０を成形する成形材料として紫外線硬化材料または室温硬化材料を用いることにより、その硬化時間が短縮されるため、ガスケット１０の製造を一層容易化・簡易化することができる。

更にまた、以下に示す実施の形態が考えられる。
（Ａ）
互いに対向するシール対象部材（セパレータ）間に装着されるガスケットにおいて、
前記ガスケットは、一方のシール対象部材と密接するゴム状弾性体からなるガスケット本体（一方のガスケット本体）と、このガスケット本体に被着された平板状の基材とを備え、
前記ガスケット本体は、他方のシール対象部材に向けて突出する突起部を備え、
前記基材は、前記突起部を覆う凹状の変形部を備え、
前記変形部には、前記他方のシール対象部材に接触するゴム層（他方のガスケット本体）が設けられていることを特徴とするガスケット。
（Ｂ）
上記（Ａ）項に記載のガスケットにおいて、
前記突起部及び変形部は、前記他方のシール対象部材側の先端が平面状をなすことを特徴とするガスケット。
（Ｃ）
上記（Ａ）項または（Ｂ）項に記載のガスケットを金型により製造する方法において、
前記金型は、成形材料によって前記ガスケット本体を成形する空間を有する上型と、前記基材を固定するとともに前記ガスケット本体を成形する成形材料を注入するときの射出圧力によって前記基材の一部に凹状の変形部を形成するための溝部を有する下型と、を備え、
前記ガスケットは、前記上型から前記ガスケットを成形する成形材料を注入することで、成形材料の射出圧力によって前記基材の一部を凹状に変形させることで変形部を形成しつつ、前記ガスケット本体の一部に突起部を形成し、成形されたガスケット本体及び基材を金型から離型した後に、変形部にゴム層を設けることで製造されることを特徴とするガスケットの製造方法。

１０ガスケット
２０一方のガスケット本体
２１ガスケット基部
２２シールリップ
２３突起部
２４上面
２５下面
２６，３６平坦部
２７逆テーパ構造
２８小突起
２９突起基台部
３０基材
３１基材本体
３２変形部
３３一方の面
３４他方の面
３８小突起被覆部
３９基台被覆部
４０他方のガスケット本体（ゴム層）
５０，５１セパレータ（シール対象部材）
５２内挿部品（中間部品）
６０金型
７０上型
７１，８１パーティング面
７２，８２キャビティ
８０下型

Claims

基材と、前記基材の厚み方向一方の面に設けられた一方のガスケット本体と、前記基材の厚み方向他方の面に設けられた他方のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、
前記一方のガスケット本体は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部を備え、
前記基材は、前記突起部を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部を備え、
前記他方のガスケット本体は、前記変形部の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、
前記突起部は、その先端に平坦部を備えることを特徴とするガスケット。
基材と、前記基材の厚み方向一方の面に設けられた一方のガスケット本体と、前記基材の厚み方向他方の面に設けられた他方のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、
前記一方のガスケット本体は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部を備え、
前記基材は、前記突起部を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部を備え、
前記他方のガスケット本体は、前記変形部の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、
前記突起部は、その根元の幅よりも先端の幅のほうが大きい逆テーパ構造を備えることを特徴とするガスケット。
基材と、前記基材の厚み方向一方の面に設けられた一方のガスケット本体と、前記基材の厚み方向他方の面に設けられた他方のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、
前記一方のガスケット本体は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部を備え、
前記基材は、前記突起部を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部を備え、
前記他方のガスケット本体は、前記変形部の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、
前記突起部は、その先端に小突起を備えることを特徴とするガスケット。
基材と、前記基材の厚み方向一方の面に設けられた一方のガスケット本体と、前記基材の厚み方向他方の面に設けられた他方のガスケット本体と、を備えるガスケットであって、
前記一方のガスケット本体は、厚み方向他方へ向けて突出する突起部を備え、
前記基材は、前記突起部を被覆することにより厚み方向他方へ向けて突出する変形部を備え、
前記他方のガスケット本体は、前記変形部の表面に被着された膜状のゴム層として形成され、
前記突起部は、その先端に平坦部を備え、
前記突起部は、その根元の幅よりも先端の幅のほうが大きい逆テーパ構造を備え、
前記突起部は、その先端に小突起を備えることを特徴とするガスケット。
請求項１乃至４の何れかに記載のガスケットを製造する方法であって、
前記基材をインサートした金型によって前記一方の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基材に前記変形部を形成する工程と、
前記一方のガスケット本体および基材よりなる成形品を前記金型から取り出し、前記成形品上に前記他方のガスケット本体を後付けで設ける工程と、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。
請求項５記載の製造方法において、
前記成形品上に前記他方のガスケット本体を後付けで設ける工程は、スクリーン印刷法、ディスペンサ塗布法、スプレー塗布法またはインクジェット塗布法により実施することを特徴とするガスケットの製造方法。
請求項５または６記載の製造方法において、
前記成形品上に前記他方のガスケット本体を後付けで設ける工程は、紫外線硬化材料または室温硬化材料により実施することを特徴とするガスケットの製造方法。
請求項１乃至４の何れかに記載のガスケットを製造する方法であって、
前記他方のガスケット本体となる材料を前記基材の厚み方向他方の面に先付けで設ける工程と、
前記基材をインサートした金型によって前記一方の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基材に前記変形部を形成する工程と、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。
請求項８記載の製造方法において、
前記他方のガスケット本体となる材料を前記基材の厚み方向他方の面に先付けで設ける工程は、スクリーン印刷法、ディスペンサ塗布法、スプレー塗布法またはインクジェット塗布法により実施することを特徴とするガスケットの製造方法。
請求項８または９記載の製造方法において、
前記他方のガスケット本体となる材料を前記基材の厚み方向他方の面に先付けで設ける工程は、紫外線硬化材料または室温硬化材料により実施することを特徴とするガスケットの製造方法。