CN102027272B

CN102027272B - 密封部件的制造方法

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Publication number: CN102027272B
Application number: CN2009801171527A
Authority: CN
Inventors: 渡部茂
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: EP2278195A1; CN102027272A; CA2724506C; KR101558398B1; US20110127692A1; WO2009142082A1; CA2724506A1; JP5099352B2; EP2278195B1; EP2278195A4; US8313681B2; KR20110016890A; JP2009281528A

Abstract

本发明提供一种密封部件的制造方法，在薄膜状、薄片状或者板状的基材(5)的两表面一体成形密封垫片，其中，为了在基材(5)的表面不形成毛刺，且能够在基材(5)的两表面成形密封垫片，使形成在基材(5)与重合于所述基材一侧的第一分体模(11)之间且有开口成形材料供应浇口(11b)的第一空腔(14)、与形成在基材(5)与重合于所述基材另一侧的第二分体模(12)之间的第二空腔(15)，通过开设于基材(5)的第一连通孔(51)而相互连通，将开口于第一空腔(14)中的成形材料的合流部的第一排气孔(11c)、与在第二空腔(15)中的成形材料的合流部位于在基材(5)上开设的第二连通孔(52)上而开口的第二排气孔(11d)，从基材(5)的表面分开而设置在第一分体模(11)上。

Description

密封部件的制造方法

技术领域

本发明涉及如用于密封形成于燃料电池组的各燃料电池单元的通路的燃料电池用密封件等，在薄膜、薄片或者板状的基框中一体成形由橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料构成的密封垫片(gasket)的密封部件的制造方法。

背景技术

燃料电池具有如下堆叠构造：将含有在电解质膜的两表面设置有一对电极层的MEA(Membrane Electrode Assembly：膜-电极复合体)的发电体以隔板(separator)夹持作为燃料电池单元，进一步将该燃料电池单元多个进行层叠。并且，空气(氧气)从形成在各隔板的一侧面上的空气通路被供应至一侧的触媒电极层(空气极)，燃料气体(氢气)从形成在各隔板的另一侧面上的燃料气体通路被供应至另一侧的触媒电极层(燃料极)，通过作为水电解的逆反应的电化学反应，即从氢气和氧气生成水的反应，产生电力。

因此，在各燃料电池单元中设置密封部件，用于防止燃料气体、空气、由上述电化学反应而生成的水、或残余空气等的泄漏。并且，作为这种密封部件，已知有在如隔板或者合成树脂薄膜等的薄膜状、薄片状或者板状的基材上一体成形由橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料构成的密封垫片(例如，参照下述的专利文献1)。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第3820883号公报

图7是示出在薄板状的基材的两表面上一体成形密封垫片的密封部件的剖面图，图8是示出用于制造图7的密封部件的现有技术的剖面图，即，图7中示出的密封部件包括薄板状的基材1、以及一体地设置在薄板状的基材1的表里两表面并且由橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料构成的密封垫片2，该密封垫片2具有粘接于基材1的基部2a、以及从基部2a的上面隆起呈山形的密封唇2b，通过以适当的压缩余量紧密接触于层叠的未示出的隔板等，从而发挥对于上述燃料气体和空气的密封机能。

在该密封部件中，使用液状的成形材料通过LIM(Liquid InjectionMolding：液体喷射成形)等公知的成形方法将密封垫片2一体成形于基材1上。具体地说，如图8所示，使用分体模101-103构成的金属模100，将基材1定位固定在分体模102与103之间，在形成于该基材1与分体模102、103的内表面之间并且在通过开设于基材1的连通孔1a而相互连通的环状空腔104、105内，经过形成于分体模101、102的浇注口(sprue)100a、横浇道(runner)100b以及浇口(gate)100c填充液状的成形材料，使其架桥硬化。

这里，由于密封垫片2是连成环状(无端形状)的，并且将其成形的空腔104、105也是相同形状，因此，通过浇口100c以及连通孔1a填充于空腔104、105的液状的成形材料，从浇口100c以及连通孔1a向其周向两侧分岔流入空腔104、105内，在与浇口100c以及连通孔1a的相反侧合流。并且，在该合流部分104a、105a中，由于残留空气、或来自于成形材料的挥发气体而容易产生成形不良，因此，沿着基材1与分体模102、103的重合面形成用于释放这样的残留空气和挥发气体的排气槽104b、105b。因此，如图7所示，用这样的方法制造的密封部件由于流入排气槽104b、105b的成形材料形成了从密封垫片2的基部2a沿基材1的表面延伸的毛刺(burr)2c。

但是，根据如上述的成形方法，例如在密封垫片2的密封唇2b紧密接触于形成在隔板的槽的底面的情况下，由于排气槽104b、105b而形成的毛刺2c没有收纳在所述槽内，对于密封垫片2的密封性带来不良影响，成为基材1歪斜的原因，因此，在密封垫片2成形后必须除去这样的毛刺2c。特别是，在基材1的两表面设置密封垫片2的情况下，由于毛刺2c存在于基材1的两表面，因此，其除去作业需要花费很长时间，并且，在除去毛刺时也会导致基材1损坏。

发明内容

(发明要解决的问题)

本发明鉴于以上内容而作出的，其技术课题在于提供一种能够在基材的表面不形成毛刺，且在基材的两表面成形密封垫片的方法。

(解决技术问题的技术方案)

作为有效解决上述技术问题的方法，本发明第1方面涉及的密封部件的制造方法，在薄膜状、薄片状或者板状的基材的两表面一体成形密封垫片的密封部件的制造方法中，其特征在于，使形成在所述基材与重合于所述基材一侧的第一分体模之间且开口有成形材料供应浇口的第一空腔、与形成在所述基材与重合于所述基材另一侧的第二分体模之间的第二空腔，通过开设于所述基材的第一连通孔而相互连通，将开口于所述第一空腔中的成形材料的合流部的第一排气孔、与在所述第二空腔中的成形材料的合流部位于在所述基材上开设的第二连通孔上而开口的第二排气孔，从所述基材的表面分开而设置在所述第一分体模上。

即，在该方法中，从成形材料供应浇口供应至第一空腔的成形材料，通过开设于基材的第一连通孔供应至第二空腔，来自第一空腔中的成形材料的合流部的残留空气和挥发气体，通过第一分体模中的第一排气孔排出，来自第二空腔中的成形材料的合流部的残留空气和挥发气体，通过基材中的第二连通孔以及第一分体模中的第二排气孔排出。并且，由于该第一以及第二排气孔都设置于第一分体模，因此，金属模分体构造不复杂，并且由于形成于该第一以及第二排气孔的毛刺从基材的表面分开，因此，能够容易地进行毛刺的除去工作。

并且，本发明第2方面涉及的密封部件的制造方法，在薄膜状、薄片状或者板状的基材的两表面一体成形密封垫片的密封部件的制造方法中，其特征在于，使形成在所述基材与重合于所述基材一侧的第一分体模之间且开口有成形材料供应浇口的第一空腔、与形成在所述基材与重合于所述基材另一侧的第二分体模之间的第二空腔，通过在与所述成形材料供应浇口相对应的位置开设于所述基材的第一连通孔、以及在所述第一以及第二空腔中的成形材料的合流部开设于所述基材的第二连通孔而相互连通，将在与所述第二连通孔相对应的位置开口的排气孔，从所述基材的表面分开而设置在所述第一分体模上。

即，在该方法中，从成形材料供应浇口供应至第一空腔的成形材料，通过开设于基材的第一连通孔供应至第二空腔，来自第一空腔中的成形材料的合流部的残留空气和挥发气体，通过第一分体模中的排气孔排出，来自第二空腔中的成形材料的合流部的残留空气和挥发气体，也经过基材中的第二连通孔由上述排气孔排出。因此，由于排气孔兼作来自第一以及第二空腔双方的排气途径，因此金属模分体构造不复杂，并且由于形成于排气孔的毛刺从基材的表面分开，同时其形成地方也减少，因此，能够容易地进行毛刺的除去工作。

(发明的效果)

根据本发明第1方面涉及的密封部件的制造方法，在基材的两表面成形密封垫片的过程中，由于来自基材两侧的第一以及第二空腔中的成形材料的合流部的残留空气和挥发气体通过设置于第一分体模的第一以及第二排气孔排出，因此，金属模构造不复杂，并且能够达到在基材的表面不会形成毛刺的效果。

根据本发明第2方面涉及的密封部件的制造方法，除了具有与本发明第1方面相同的效果之外，由于来自基材两侧的第一以及第二空腔中的成形材料的合流部的残留空气和挥发气体通过第一以及第二空腔共有的排气孔排出，因此，能够使金属模构造进一步简化。

附图说明

图1是示出在基材的两表面一体成形延长形状互不相同的密封垫片的密封部件的剖面图。

图2是示出用于制造图1的密封部件的本发明涉及的密封部件的制造方法的金属模以及基材的剖面图。

图3是示出图2中的金属模的空腔与基材的关系的平面图。

图4是示出密封部件的制造方法的比较例的金属模以及基材的剖面图。

图5是示出在基材的两表面一体成形延长形状相同的密封垫片的密封部件的剖面图。

图6是用于制造图5的密封部件的本发明涉及的密封部件的制造方法的金属模以及基材的剖面图。

图7是示出在薄板状基材的两表面一体成形密封垫片的密封部件的剖面图。

图8是示出用于制造图7的密封部件的现有技术的剖面图。

符号说明

5基材

51第一连通孔

52第二连通孔

6、7密封垫片

61、71基部

62、、72密封唇

10金属模

11第一分体模

11b浇口(成形材料供应浇口)

11c第一排气孔

11d第二排气孔

11e排气孔

12第二分体模

13第三分体模

14第一空腔

141、151基部成形部

142、152密封唇成形部

15第二空腔

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明涉及的密封部件的制造方法的优选实施方式进行说明。首先，图1是示出在基材的两表面一体成形延长形状互不相同的密封垫片的密封部件的剖面图。

图1中示出的密封部件用作燃料电池中的各单元的密封部件，在基材5的两表面一体成形延长形状(唇线)互不相同的密封垫片6、7。

具体地说，基材5由例如合成树脂薄膜、碳板、陶瓷、金属的多孔质材料或者金属薄板等构成，但是没有特别地限定。密封垫片6、7由橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料制成，沿基材5的外周附近连成环状(无端形状)。并且，密封垫片6、7具有粘接于基材5的表面的基部61、71，以及从基部61、71的上面隆起呈山形的密封唇62、72，周向一部分6a、7a沿相互不同的位置延伸，即在基材5的两侧形成互不相同的延长形状。

即，该密封部件中具有如下功能：密封垫片6、7的密封唇62、72通过以适当的压缩余量紧密接触于未示出的配合部件(隔板等)的表面，从而防止供应至空气极的氧气混入供应至燃料极的氢气的通路中，相反防止氢气混入空气通路中，以及防止发电效率降低。

图2是示出用于制造具有上述构成的图1的密封部件的本发明涉及的密封部件的制造方法的金属模以及基材的剖面图，图3是示出图2中的金属模的空腔与基材的关系的平面图。

在图2中，参考标记10为用于在基材5的两表面一体成形密封垫片的金属模，包括能够夹持基材5并且能够相互进退地配置的第一分体模11以及第二分体模12、以及结合于第一分体模11的第三分体模13。在第二分体模12的内表面(上面)中的规定位置能够设置基材5，在图示的合模状态下，在所设置的基材5与位于其上下两侧的第一分体模11以及第二分体模12的内表面之间，分别形成密封垫片成形用的第一空腔14以及第二空腔15。

第一空腔14以及第二空腔15具有与图1示出的密封垫片6、7负正对应的截面形状，沿着设置在第一分体模11与第二分体模12之间的基材5的外周附近连环状(无端形状)，并具有较浅的基部成形部141、151，以及从其宽度方向中间以大致呈V字形变深的密封唇成形部142、152。并且，如图2以及图3所示，该第一空腔14以及第二空腔15通过开设于基材5的第一连通孔51在基部成形部141、151之间相互连通，周向一部分14a、15a，具体地说与上述第一连通孔51的开设位置的周向相反侧，沿相互不同的位置延伸，在基材5的两侧形成互不相同的延长形状。

在第三分体模13上开设有来自未示出的成形机的、作为成形材料注入口的浇注口13a，在第一分体模11上开设有从浇注口13a延伸的横浇道11a以及作为该横浇道11a的下游端的浇口(成形材料供应浇口)11b。浇口11b在第一空腔14中的基部成形部141上，对应于基材5中的第一连通孔51的开口位置而开口。并且，第一连通孔51的开口直径与浇口11b的开口直径相比形成大直径。

在基材5上，除了第一连通孔51以外还开设有第二连通孔52。该第二连通孔52位于第二空腔15的周向一部分15a即相对于第一连通孔51的开口位置的周向相反侧，如图3所示，在从第一空腔14经过第一连通孔51注入到第二空腔15内的成形材料的流动合流的位置处开口。

在第一分体模11上开设有第一排气孔11c以及第二排气孔11d。第一排气孔11c的一端在第一空腔14的周向一部分14a中、从浇口11b注入到第一空腔14内的成形材料的合流部开口，另一端在第一分体模11与第三分体模13的重合面开口。并且，第二排气孔11d的一端为在第二空腔15的周向一部分15a中、从第一空腔14经过第一连通孔51注入到第二空腔15内的成形材料的合流部，即在与基材5中的第二连通孔52相对应的位置处开口，另一端在第一分体模11与第三分体模13的重合面开口。

并且，第一排气孔11c与浇口11b一样，在第一空腔14中的基部成形部141开口，第二排气孔11d在第二空腔15中的基部成形部151开口。因此，第一排气孔11c以及第二排气孔11d在从基材5的表面分开的位置处开口。

在利用上述金属模10进行的成形中，如图2所示，将基材5定位调节并进行合模，预先通过未示出的真空泵等，经由第一排气孔11c以及第二排气孔11d对第一空腔14以及第二空腔15内进行抽真空，之后当通过未示出的成形机，经由浇注口13a、横浇道11a以及浇口11b，将液状的成形材料注射至第一空腔14时，该成形材料的一部分经过位于浇口11b正下方的基材5的第一连通孔51被大致同时填充至第二空腔15。并且，作为液状的成形材料适合用作相对于基材5具有粘接性的材料，但是，在使用不具有粘接性的成形材料的情况下，预先在基材5上涂布粘接剂。

在进行成形材料的填充时，如图3所示，在第一空腔14内，成形材料从浇口11b向两侧分岔流动，在与浇口11b的周向相反侧再次合流。并且，由于位于该合流位置的第一排气孔11c内被减压，因此，残留空气和来自成形材料的挥发气体被排出，并且，进一步成形材料在合流的同时向第一排气孔11c内流入。因此，较好地进行成形材料的合流和融合，并且，即使在该合流部混入由所述残留空气和挥发气体产生的气泡，由于残留空气和挥发气体产生的气泡与一部分成形材料一起向第一排气孔11c流出，因此，有效地防止成形不良的产生。

同样，在第二空腔15内，成形材料从第一连通孔51向两侧分岔流动，在与第一连通孔51的周向相反侧再次合流。并且，由于在位于该合流位置的第二连通孔52上开口的第二排气孔11d内被减压，因此，残留空气和来自成形材料的挥发气体被排出，并且，进一步成形材料在合流的同时通过第二连通孔52向第二排气孔11d内流入。并且，即使在所述合流部混入上述残留空气和挥发气体产生的气泡，由于残留空气和挥发气体产生的气泡通过第二连通孔52与一部分成形材料一起向第二排气孔11d流出，因此，有效地防止成形不良的产生。

并且，通过第一排气孔11c以及第二排气孔11d容易进行残留空气和挥发气体的排出，从而因为能够降低成形压力，所以，作为将密封垫片6、7一体成形于由如碳或陶瓷等脆性材料构成的基材5的方法是有效的。

填充到第一以及第二空腔14、15内的成形材料通过交联硬化，如图1所示，在基材5上一体成形由橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料制成的密封垫片6、7。

在上述的成形过程中通过一部分成形材料流入第一排气孔11c而形成的毛刺(未示出)，与由于浇口11b内的成形材料而形成的毛刺(未示出)相同，位于图1所示的密封垫片6的基部61的上面。并且，通过一部分成形材料流入第二排气孔11d而形成的毛刺(未示出)，从基材5中的第二连通孔52内延伸。因此，由于除去毛刺不需要进行从基材5的表面剥离或者切除的繁杂工作，因此，能够容易地进行除去，并且，由于在密封唇62、72上没有形成除去毛刺的痕迹，因此，对密封性不会带来不良影响。

并且，通过上述方法制造的密封部件在基材5的表面上不存在像现有技术那样由于排气槽而产生的毛刺(图7的参考标记2c)，因此，在作为燃料电池组的层叠状态下，能够有效地防止在基材5和配合部件上发生起因于毛刺的压缩应力的歪斜、由此对密封垫片6、7的密封唇62、72的表面压力产生不稳定而使密封性恶化、以及层叠方向的尺寸由于毛刺的存在而变大。

并且，由于第一排气孔11c以及第二排气孔11d所产生的毛刺没有沿着基材5的表面向外周侧或者内周侧伸出，因此，能够使基材5小型化。

这里，图4是示出密封部件的制造方法的比较例的金属模以及基材的剖面图。

即，在如图1所示的、在基材5的两表面一体成形延长形状互不相同的密封垫片6、7的密封部件的制造中，作为在密封垫片6、7的成形过程中以不形成像现有技术那样由于排气槽而产生的毛刺(图7的参考标记2c)的方式进行排气的方法，可以考虑如下构成，如图4所示的比较例，金属模10具有结合于第二分体模12的第四分体模16，将第二排气孔12a开设于第二分体模12，其一端在与第二空腔15中第一连通孔51的周向相反侧(第二空腔15中的成形材料的合流部)开口，另一端在第二分体模12与第四分体模16的重合面开口。

但是，在该情况下，由于第四分体模16是必要的，因此，不但金属模10大型化，而且其分体构造也变得复杂，并且，由第二排气孔12a所产生的毛刺与由浇口11b所产生的毛刺以及由第一排气孔11c所产生的毛刺形成在相反侧，因此，毛刺的除去工作变得复杂。

与此对比，图2中示出的方法不需要图4示出的比较例的第四分体模16，由第一排气孔11c以及第二排气孔11d所产生的毛刺与由浇口11b所产生的毛刺形成在相同侧，因此，毛刺的除去工作容易，由于这些方面显然有利。

图5是示出在基材的两表面上一体成形延长形状相同的密封垫片的密封部件的剖面图，图6是用于制造图5的密封部件的本发明涉及的密封部件的制造方法的金属模以及基材的剖面图。

在该图5示出的密封部件中，首先说明的与图1示出的密封部件的不同点在于一体成形于基材5的两表面的密封垫片6、7的延长形状(唇线)是相互一样的。

因此，图6示出的金属模10在合模状态中，在基材5的上下两侧由第一分体模11以及第二分体模12形成的密封垫片成形用的第一空腔14以及第二空腔15形成相同的延长形状而延伸。

在基材5上开设第一连通孔51以及第二连通孔52。其中，第一连通孔51在与开设于第一分体模11的浇口11b相对应的位置，在第一空腔14的基部成形部141与第二空腔15的基部成形部151之间开口。并且，第二连通孔52相对于第一连通孔51的开口位置，位于第一空腔14以及第二空腔15的周向相反侧，即在经过浇口11b以及第一连通孔51注入到第一空腔14以及第二空腔15内的成形材料的流动合流的位置处开口。因此，第一空腔14以及第二空腔15通过第一连通孔51和第二连通孔52相互连通。

并且，在第一分体模11上开设排气孔11e。该排气孔11e的一端为在第一空腔14的周向一部分14a中、从浇口11b注入到第一空腔14内的成形材料的合流部，并且在与基材5中的第二连通孔52相对应的位置处在基部成形部141开口，另一端在第一分体模11与第三分体模13的重合面开口。因此，排气孔11e在从基材5的表面分开的位置处开口。

并且，其他部分基本上能够与以上说明的图2同样构成。

在利用上述金属模10进行的成形中，如图6所示，将基材5定位调节并进行合模，预先通过未示出的真空泵等，经由排气孔11e对第一空腔14以及第二空腔15内进行抽真空，之后当通过未示出的成形机，经由浇注口13a、横浇道11a以及浇口11b，将液状的成形材料注射至第一空腔14时，该成形材料的一部分通过位于浇口11b正下方的基材5的第一连通孔51被大致同时填充至第二空腔15。并且，作为液状的成形材料适合用作相对于基材5具有粘接性的材料，但是，在使用不具有粘接性的成形材料的情况下，预先在基材5上涂布粘接剂。

在进行成形材料的填充时，在第一空腔14内，成形材料从浇口11b向两侧分岔流动，在与浇口11b的周向相反侧再次合流，在第二空腔15内，从第一连通孔51向两侧分岔流动，在与第一连通孔51的周向相反侧再次合流。并且，由于在第一空腔14中的成形材料的合流部开口的排气孔11e内被减压，因此，在第一空腔14内的合流部中的残留空气和来自成形材料的挥发气体从该排气孔11e排出，第二空腔15内的合流部中的残留空气和来自成形材料的挥发气体也通过第二连通孔52从排气孔11e排出，并且，进一步第一空腔14以及第二空腔15内的成形材料通过第二连通孔52合流的同时向该排气孔11e内流入。因此，较好地进行成形材料的合流和融合，并且，即使在该合流部混入由所述残留空气和挥发气体产生的气泡，由残留空气和挥发气体产生的气泡与一部分成形材料一起向排气孔11e流出，因此，有效地防止成形不良的产生。

填充到第一以及第二空腔14、15内的成形材料通过交联硬化，如图5所示，在基材5上一体成形由橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料制成的密封垫片6、7。

在上述的成形过程中，由于通过一部分成形材料流入排气孔11e而形成的毛刺(未示出)，与由浇口11b内的成形材料而形成的毛刺(未示出)相同，位于图5所示的密封垫片6的基部61的上面，因此，除去毛刺不需要进行如从基材5的表面剥离或者切除的繁杂工作。并且，由于排气孔11e兼作来自第一空腔14的排气途径以及来自第二空腔15的排气途径，因此，由此形成的毛刺的数量较少。因此，能够容易地进行毛刺的除去，并且，由于在密封唇62、72上没有形成除去毛刺的痕迹，因此，对密封性不会带来不良影响。

并且，通过上述方法制造的密封部件在基材5的表面上不存在像现有技术那样由排气槽而产生的毛刺(图7的参考标记2c)，因此，在作为燃料电池组的层叠状态下，能够有效地防止在基材5和配合部件上发生起因于毛刺的压缩应力的歪斜、由此对密封垫片6、7的密封唇62、72的表面压力产生不稳定而使密封性恶化、以及层叠方向的尺寸由于毛刺的存在而变大。

Claims

1.一种密封部件的制造方法，在薄膜状、薄片状或者板状的基材的两表面一体成形密封垫片的密封部件的制造方法中，其特征在于，使形成在所述基材与重合于所述基材一侧的第一分体模之间且开口有成形材料供应浇口的第一空腔、与形成在所述基材与重合于所述基材另一侧的第二分体模之间的第二空腔，通过开设于所述基材的第一连通孔而相互连通，将开口于所述第一空腔中的成形材料的合流部的第一排气孔、与在所述第二空腔中的成形材料的合流部位于在所述基材上开设的第二连通孔上而开口的第二排气孔，从所述基材的表面分开而设置在所述第一分体模上。

2.一种密封部件的制造方法，在薄膜状、薄片状或者板状的基材的两表面一体成形密封垫片的密封部件的制造方法中，其特征在于，使形成在所述基材与重合于所述基材一侧的第一分体模之间且开口有成形材料供应浇口的第一空腔、与形成在所述基材与重合于所述基材另一侧的第二分体模之间的第二空腔，通过在与所述成形材料供应浇口相对应的位置开设于所述基材的第一连通孔、以及在所述第一以及第二空腔中的成形材料的合流部开设于所述基材的第二连通孔而相互连通，将在与所述第二连通孔相对应的位置开口的排气孔，从所述基材的表面分开而设置在所述第一分体模上。