ガスケット構造体及びその製造方法
【課題】ゴムバリ部分の除去が簡易且つ的確になされ、信頼性の高いガスケット構造体とその有効な製造方法を提供する。
【解決手段】シール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤層４Rを介してゴム製ガスケット３０aが成型一体とされたガスケット構造体であって、上記成型時において上記所定部位２ｃから食み出した状態で接着剤４Ｒａにより上記基材２に固着したゴムバリ部分３０ｃを、レーザ処理により当該接着剤４Ｒａと共に焼失除去して得られたものであることを特徴とする。
【解決手段】シール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤層４Rを介してゴム製ガスケット３０aが成型一体とされたガスケット構造体であって、上記成型時において上記所定部位２ｃから食み出した状態で接着剤４Ｒａにより上記基材２に固着したゴムバリ部分３０ｃを、レーザ処理により当該接着剤４Ｒａと共に焼失除去して得られたものであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが一体固着されたガスケット構造体、例えば、燃料電池のスタックを構成するセパレータの全周囲及び媒体用開口部周りにガスケットを一体に備えるガスケット構造体、或いは、ハードディスク装置等におけるカバーとガスケットとが一体とされたガスケット構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように、シール対象基材とガスケットとが一体とされたガスケット構造体の例としては、特許文献１或いは特許文献２に示される先行技術を挙げることができる。特許文献１に開示されたガスケット構造体は、上記燃料電池のセパレータ或いはハードディスク装置等におけるカバーをシール対象基材とし、この基材の所定部位に対してゴム材を一体に加硫成型してゴム製ガスケットを固着形成したものである。このように、基材に対してガスケットが一体に固着されていると、そのまま燃料電池やハードディスク装置等の組立工場に持込んで製造に供することができるから、極めて効率的である。しかし、基材とガスケットとは、ゴム材の加硫成型によって一体とされたものであるから、相互の固着力は左程強くなく、その為、組立工場への持込過程での梱包や輸送時に両者が剥がれるといった事態が生じることがある。
【０００３】
上記のような観点から、基材の所定部位に接着剤を介しゴム材を加硫成型してガスケットを一体固着形成してガスケットを形成することがなされている（例えば、特許文献２）。このようなゴム材と基材とを接着剤層を介して固着一体化する方法としては、インジェクション成型法、トランスファー成型法、或いはコンプレッション成型法が採用されている。これら成型法においては、成型時に上記所定部位より食み出すゴムバリ部分が少なからず生じることは不可避である。
【０００４】
このゴムバリ部分が存在すると、外観不良となり製品としてのガスケット構造体の商品価値を低下させることになる。また、ゴムバリ部分が離脱してガスケット部分に付着すると、燃料電池やハードディスク装置等の組立てた際のシール性の低下の原因となる。更には、シール対象の媒体流路等に入ると流通する媒体内に異物が混入することになり、前記機器等の機能障害を引き起こす事態にもなる。その為、成型後バリ仕上げ（バリ除去）がなされるが、このバリ仕上げは、手作業によりなされ、この作業に多くの工数が必要とされる。特に、接着剤を介して成型一体とする場合、接着剤が前記所定部位の幅よりやや広めに塗布される為、ゴムバリ部分は接着剤により基材に強固に固着しており、手作業によるバリ仕上げは多くの労力と技量が必要とされる。また、充分にゴムバリ部分が除去できずに、バリ仕上げ外観がはかばかしくならないことも間々あった。
特許文献３には、燃料電池用の基枠（基材）にゴム状弾性材料からなるガスケットを一体に成型した後、窓部及び通路孔の打抜き形成と並行して、基枠と共にバリを打抜き裁断して除去することが開示されている。
【０００５】
特許文献４には、半導体の製造過程で、樹脂で封止したリードフレームにおけるゲート部或いはエアベント部に生じる樹脂バリを、レーザ照射によって除去する樹脂バリ除去装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１００２号公報
【特許文献２】特開２００４−７６８７７号公報
【特許文献３】特開２００８−１４６９８６号公報
【特許文献４】特許第２８１８５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献３に開示された燃料電池におけるガスケットの成型は、接着剤を介してなされるものではなく、しかも、成型後のバリは、基枠と共に裁断することによって除去されるから、基枠にストレスを与え、基枠部分の強度に影響し、また、一部は流体（気体、生成水、冷却水等）の流路となる通路孔の開口にも及び、これが流体の流れに影響することも考えられる。
【０００８】
特許文献４に開示された樹脂バリ除去装置は、フレーム部に樹脂を成型し、この成型時に生じる上記樹脂バリをレーザ照射により除去するものであるが、樹脂部分とフレーム部との間に接着剤が介在されないから、レーザ照射による樹脂バリの除去は、接着剤部分の除去までも意図するものではない。即ち、ゴムバリ部分が接着剤によって強固に基材に固着しているゴム製ガスケット構造体の場合とはその対象が異なる。しかも、特許文献４の樹脂バリ除去装置における除去対象は、単に樹脂の成型体であって、２部材間に介在して該２部材をシールするゴム製のガスケットではなく、その為、離脱したバリ部分のシール性に対する影響やシール対象媒体内への混入による機器の機能性への影響等を考慮する必要がないものである。従って、このようなガスケット構造体の製造過程に、特許文献４に開示された樹脂バリ除去装置をそのまま適用するという考えは容易に導出されるものではない。
【０００９】
本発明は、上記の実情に鑑み、ゴムバリ部分が接着剤によって強固に基材に固着しているゴム製ガスケット構造体の特有の問題点に着目してなされたものであり、ゴムバリ部分の除去が簡易且つ的確になされ、信頼性の高いガスケット構造体とその有効な製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係るガスケット構造体は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが成型一体とされたガスケット構造体であって、上記ゴム製ガスケットの成型時において、上記所定部位から食み出した状態で接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分を、レーザ処理により当該接着剤と共に焼失除去して得られたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明に係るガスケット構造体の製造方法は、シール対象基材の所定部位に対する接着剤の塗布、及び、ガスケット形状に対応するキャビティを備えた金型への上記シール対象基材の配置を行った上で、該キャビティ内に未加硫ゴム材を注入して、上記シール対象基材の所定部位にゴム材を上記ガスケット形状となるよう一体加硫成型し、脱型後、上記所定部位から食み出した接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分をレーザ処理して当該接着剤と共に焼失除去することを特徴とする。
【００１２】
第１及び第２の発明においては、前記シール対象基材が金属材からなるものとしても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るガスケット構造体は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが成型一体とされたものであるから、このガスケット構造体が、梱包や搬送等の流通におかれてもシール対象基材とガスケットとが分離することがない。そして、本ガスケット構造体は、燃料電池やハードディスク装置等の組立工場にそのまま持ち込まれ、他のシール対象基材と締結一体とすることにより、当該シール対象基材と他のシール対象基材との間にゴム製ガスケットが圧縮状態で挟圧され、両者間のシールがなされる。従って、上記の組立工場では、別途準備したガスケットをシール対象基材間に介装する作業が不要とされ、組立て作業の効率化が図られる。
【００１４】
また、上記成型時において上記基材に固着残存したゴムバリ部分を、レーザ処理により当該接着剤と共に焼失除去して得られたものであるから、他のシール対象基材と締結して前記機器等を組み立てた際に、ゴムバリ部分が離脱しガスケット部分に付着してシール性を低下させたり、シール対象の媒体流路等に異物として流入し前記機器等の機能障害を引き起こしたりすることもなく、耐久性も維持される。また、レーザ処理によりゴムバリ部分が完全に除去されているから、ゴムバリ部分の痕跡が視覚されず、手作業によってバリ仕上げがなされたものに比べてはるかに外観が優れたものとなる。
【００１５】
第２の発明に係るガスケット構造体の製造方法においては、金型のキャビティ内に未加硫ゴム材を注入する際、キャビティ内に配置されたシール対象基材には接着剤が塗布されているから、ゴム材の加硫と共に接着剤の硬化が促進され、シール対象基材にゴム製ガスケットが強固に固着一体とされたガスケット構造体が得られる。接着剤の塗布は、接着域を確実に確保する為上記所定部位の幅よりやや広めになされる。その為、脱型した際に残存するゴムバリ部分は、上記所定部位より食み出した状態で接着剤により基材に固着している。本発明では、脱型後、このゴムバリ部分をレーザ処理するようにしているから、ゴムバリ部分を接着剤と共に精度よく完全に焼失除去することができ、自動化も可能となる。
【００１６】
処理対象となるシール対象基材に対応した適切な波長のレーザにより処理を実施することで、シール対象基材へのダメージが小さく、シール対象基材のシール性能に影響を及ぼすことのない処理とすることができる。シール対象基材が金属材からなる場合、例えば、金メッキされたシール対象基材の場合には、波長が１０６４ｎｍ以上のレーザによる処理が望ましく、シール対象基材がダメージを受けることがなく、シール対象基材自体の機能に影響を及ぼすこともない。従って、シール対象基材への影響を気にすることなく、上記ゴムバリ部分及び接着剤の除去が効果的になされる。
【００１７】
本発明において、ガスケットを構成するゴム材としては、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ、ＡＣＭ、ＡＥＭ、ＦＫＭ、ＥＰＤＭ、ＶＭＱ等から選ばれたいずれかのゴム材が好ましく採用される。また、接着剤層を構成する接着剤としては、熱硬化性の接着剤が用いられ、具体的には、エポキシ系、フェノール系、カップリング剤系、ポリイミド系、ゴム糊系の接着剤が好ましく採用される。この接着剤は、上記ゴム材の加硫成型時における加硫温度で硬化し、この硬化の際にゴム材及びシール対象基材の界面において化学反応を起こし、両被接着部材を強固に一体とするものである。更に、シール対象基材としては、ＳＵＳ等の金属材が好ましく採用される。レーザとしては、固体レーザ或いはガスレーザが採用される。これらは、シール対象基材にダメージを与えず、ゴムバリ部分及び接着剤を焼失除去するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のガスケット構造体を燃料電池のセパレータに適用した例を示す平面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線矢視拡大断面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線矢視拡大断面図である。
【図４】同ガスケット構造体の製造方法における成型工程での成型装置の断面図である。
【図５】同製造方法において脱型した後のレーザ処理の要領を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の最良の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１乃至図３に示すガスケット構造体１は、燃料電池のセパレータであって、不図示の高分子電解質膜（ＭＥＡ）等と合体されて燃料電池構成用スタック（不図示）が構成されるものである。このガスケット構造体としてのセパレータ１は、ＳＵＳ等のメタルプレート或いはカーボンプレート等をシール対象基材２とし、このシール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤層４を介してゴム製のガスケット３が一体固着されたものである。シール対象基材２は、適所に冷媒、水素及び酸素等の媒体流通用の開口部（シール対象媒体の流通域）２ａ…を複数備え、また、シール対象基材２の板面にはこれら開口部２ａのいずれかと連通する媒体流通路帯（シール対象媒体の流通域）２ｂが形成されている。これら開口部２ａ…及び媒体流通路帯２ｂの周りに所定幅の所定部位２ｃが形成され、この所定部位２ｃにガスケット３が一体固着され、上記スタックの複数が締結合体されて燃料電池が構成された際に、上記媒体の漏出の防止が図られる。
【００２０】
上記ゴム製ガスケット３は、断面山形のビード状に連なるガスケット本体部３ａと、該ガスケット本体部３ａの両側部（裾部）に沿って形成された鍔部３ｂとよりなる。ガスケット３の形状は図例のものに限定されず、片側に鍔部３ｂを備えたものや、ガスケット本体部３ａの断面形状が半円形その他の形状のものであっても良い。上記構成のセパレータとしてのガスケット構造体１は２枚で対をなし、該対間に、前記ＭＥＡを挟装して１個の単位セル（不図示）を構成し、この単位セルを多数重ね合わさせて燃料電池本体、即ち、スタック（不図示）が形成される。このスタックの両端に集電板（不図示）を配し、これらをボルト（不図示）で締結一体として燃料電池が構成される。このような締結状態では、ガスケット３がシール対象基材２とＭＥＡとの間で圧縮変形した状態で介在するから、シール対象基材２とＭＥＡとの間がシールされ、シール対象媒体の流通域２ａ、２ｂを流通する媒体（不図示）の外部への漏出が阻止される。
【００２１】
図２及び図３に示すガスケット構造体１の例では、ゴム製ガスケットにおける両鍔部３ｂの端縁部３ｃが、後記するゴム材の成型時のエアベント部となり、このエアベント部には不可避的にゴムバリ部分が形成される。図２及び図３では、このゴムバリ部分が、後記するレーザ処理により焼失除去された状態を示している。
【００２２】
ここで、上記ガスケット構造体（セパレータ）１を製造する方法の例を、図４及び図５を参照して説明する。図４は、射出成型法或いはトランスファー成型法に適用される金型５の一部を示しており、該金型５は、下金型６及び上金型７よりなる。下金型６は上記シール対象基材２を収容し得るキャビティ６ａを備える。また、上金型７は、上記ガスケット３のガスケット本体部３ａ及び鍔部３ｂの形状に対応するよう形成された環状のキャビティ７ａと、未加硫ゴム材３Ｒの注入ゲート７ｂとを備える。
【００２３】
上記金型５において、先ず、下金型６に形成されたキャビティ６ａ内に上記シール対象基材２を配置し、該シール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤４Ｒを塗布した上で下金型６に上金型７を型締め合体させる。接着剤４Ｒの塗布は、シール対象基材２をキャビティ６ａ内に配置する前に行っても良い。上記所定部位２ｃの幅は、上金型７のキャビティ７ａの幅、即ち、ガスケット３の幅と同じとされ、接着剤４Ｒの塗布は、該所定部位２ｃの幅より若干広めになされる。これは、前述のように、ガスケット３の接着域を確実に確保する為である。従って、接着剤４Ｒの塗布域は、上記所定部位２ｃの両側に食み出した部分（以下、マージン部分と言う）４Ｒａ，４Ｒａを有することになる。図４は、下金型６と上金型７とが型締め合体されている状態を示しているから、便宜上このマージン部分４Ｒａ，４Ｒａを破線で表している。そして、注入装置（不図示）から注入ゲート７ｂに未加硫ゴム材３Ｒを注入し、注入されたゴム材３Ｒは、注入圧により逐次キャビティ７ａ内に至る。
【００２４】
全キャビティ７ａ内がゴム材３Ｒで充分に充填されると保圧状態に保ち、ゴム材３Ｒを加硫する。この加硫は、金型を加熱するか、未加硫ゴム材３Ｒの保有する熱によってなされ、この加硫に伴い接着剤４Ｒの硬化が促進される。その後、脱型し、注入ゲート７ｂに残存するゴム材を切除すれば、図５に示すように、シール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤層４を介して固着一体とされたゴム製ガスケットの成型体３０が得られる。このように、未加硫ゴム材３Ｒの成型と同時に、接着剤層４を介したシール対象基材２との一体固着がなされるから、極めて効率的にゴム製ガスケットの成型体３０が得られる。
【００２５】
図５に示すように、上記ガスケットの成型体３０は、キャビティ７ａの形状に対応して、断面形状が山形のガスケット本体部３０ａと、その両側裾部に連なる鍔部３０ｂ，３０ｂとよりなるが、該鍔部３０ｂ，３０ｂの端縁部には、成型時の上金型７とシール対象基材２との界面でのエアベント部によるゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃが、上記所定部位２ｃの両側に食み出した状態で生成されている。そして、このゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃは、接着剤４Ｒにおける上記マージン部分４Ｒａ，４Ｒａによってシール対象基材２に固着されている。また、上記注入ゲート７ｂに対応する部分には、残存するゴム材の切除跡が別のゴムバリ部分３０ｄとして残存する。
【００２６】
図５は、上記ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃをレーザ処理により焼失除去させる状態を示しており、図例ではゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃに対してレーザ装置８によるレーザビーム８ａが上方より照射されている。このように、ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃに、レーザ装置８によるレーザビーム８ａを上方より照射することにより、ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃが接着剤４Ｒのマージン部分４Ｒａ，４Ｒａと共に破線部分に沿って焼失除去される。ゲート部のゴムバリ部分３０ｄは、図示を省略したが、横向きにレーザ照射することにより、同様に破線部分に沿って焼失除去される。レーザ装置８としては、前述のように固体レーザ装置或いはガスレーザ装置が採用されるが、このようなレーザ装置８によるレーザビーム８ａをゴムバリ部分３０ｃに上方より照射すると、ゴムバリ部分３０ｃはその下の接着剤４Ｒのマージン部分４Ｒａと共に完全に焼失除去されて、図２に示すように、ゴムバリ部分３０ｃの痕跡がないバリ仕上げ外観に優れたガスケット構造体１が得られる。また、シール対象基材２がＳＵＳ等の金属材からなる場合は、レーザ照射によるダメージがなく、シール対象基材２の毀損や基材２自体に求められる機能の低下を来たす懸念もない。
【００２７】
従って、外観不良製品の発生が著減され、製造歩留まりの向上に大きく寄与する。また、バリ仕上げ工程の自動化も可能となり、従来の手作業による場合に比べて、はるかに製造効率が向上する。特に、ゴムバリ部分３０ｃが接着剤４Ｒのマージン部分４Ｒａによってシール対象基材２に強固に固着しているから、手作業による除去は極めて困難であるが、このようなレーザ処理を採用することにより、精度良く且つ効率的なバリ仕上げをなし得ることになり、これによる実益は極めて大である。
【００２８】
そして、本ガスケット構造体１を他のシール対象基材（不図示）と合体締結させて前記のような機器等を構成すれば、ゴム製ガスケット３がシール対象基材２と他のシール対象基材との間で圧縮変形した状態で介在し、シール対象基材２と他のシール対象基材との間がシールされ、シール対象媒体（不図示）の外部への漏出が阻止される。しかも、ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｄや接着剤４Ｒのマージン部４Ｒａは完全に除去されているから、これらがガスケット本体部３ａに付着してシール性を損なったり、或いは、流通するシール対象媒体内に混入して、前記機器等の機能障害を引き起こしたりする懸念もない。
【００２９】
尚、上記実施形態では、シール対象基材２のガスケット３が一体固着される部位が平坦である例について述べたが、シール対象基材２の表面に環状溝を形成し、上記所定部位２ｃをこの環状溝の底部に設定するようにしても良い。また、燃料電池のセパレータに適用した例について述べたが、ハードディスク装置、その他の機器或いは自動車部品等を構成するものであって、シール対象基材とガスケットとが一体固着された状態で流通に供せられるものにも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１ セパレータ（ガスケット構造体）
２ シール対象基材
２ｃ 所定部位
３ ガスケット
３ａ ガスケット本体部
３ｂ 鍔部
３０ｃ ゴムバリ部分
３Ｒ 未加硫ゴム材
４ 接着剤層
４Ｒ 接着剤
４Ｒａ マージン部分（接着剤の食み出し部分）
５ 金型
６ａ キャビティ
７ａ キャビティ
８ レーザ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが一体固着されたガスケット構造体、例えば、燃料電池のスタックを構成するセパレータの全周囲及び媒体用開口部周りにガスケットを一体に備えるガスケット構造体、或いは、ハードディスク装置等におけるカバーとガスケットとが一体とされたガスケット構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように、シール対象基材とガスケットとが一体とされたガスケット構造体の例としては、特許文献１或いは特許文献２に示される先行技術を挙げることができる。特許文献１に開示されたガスケット構造体は、上記燃料電池のセパレータ或いはハードディスク装置等におけるカバーをシール対象基材とし、この基材の所定部位に対してゴム材を一体に加硫成型してゴム製ガスケットを固着形成したものである。このように、基材に対してガスケットが一体に固着されていると、そのまま燃料電池やハードディスク装置等の組立工場に持込んで製造に供することができるから、極めて効率的である。しかし、基材とガスケットとは、ゴム材の加硫成型によって一体とされたものであるから、相互の固着力は左程強くなく、その為、組立工場への持込過程での梱包や輸送時に両者が剥がれるといった事態が生じることがある。
【０００３】
上記のような観点から、基材の所定部位に接着剤を介しゴム材を加硫成型してガスケットを一体固着形成してガスケットを形成することがなされている（例えば、特許文献２）。このようなゴム材と基材とを接着剤層を介して固着一体化する方法としては、インジェクション成型法、トランスファー成型法、或いはコンプレッション成型法が採用されている。これら成型法においては、成型時に上記所定部位より食み出すゴムバリ部分が少なからず生じることは不可避である。
【０００４】
このゴムバリ部分が存在すると、外観不良となり製品としてのガスケット構造体の商品価値を低下させることになる。また、ゴムバリ部分が離脱してガスケット部分に付着すると、燃料電池やハードディスク装置等の組立てた際のシール性の低下の原因となる。更には、シール対象の媒体流路等に入ると流通する媒体内に異物が混入することになり、前記機器等の機能障害を引き起こす事態にもなる。その為、成型後バリ仕上げ（バリ除去）がなされるが、このバリ仕上げは、手作業によりなされ、この作業に多くの工数が必要とされる。特に、接着剤を介して成型一体とする場合、接着剤が前記所定部位の幅よりやや広めに塗布される為、ゴムバリ部分は接着剤により基材に強固に固着しており、手作業によるバリ仕上げは多くの労力と技量が必要とされる。また、充分にゴムバリ部分が除去できずに、バリ仕上げ外観がはかばかしくならないことも間々あった。
特許文献３には、燃料電池用の基枠（基材）にゴム状弾性材料からなるガスケットを一体に成型した後、窓部及び通路孔の打抜き形成と並行して、基枠と共にバリを打抜き裁断して除去することが開示されている。
【０００５】
特許文献４には、半導体の製造過程で、樹脂で封止したリードフレームにおけるゲート部或いはエアベント部に生じる樹脂バリを、レーザ照射によって除去する樹脂バリ除去装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１００２号公報
【特許文献２】特開２００４−７６８７７号公報
【特許文献３】特開２００８−１４６９８６号公報
【特許文献４】特許第２８１８５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献３に開示された燃料電池におけるガスケットの成型は、接着剤を介してなされるものではなく、しかも、成型後のバリは、基枠と共に裁断することによって除去されるから、基枠にストレスを与え、基枠部分の強度に影響し、また、一部は流体（気体、生成水、冷却水等）の流路となる通路孔の開口にも及び、これが流体の流れに影響することも考えられる。
【０００８】
特許文献４に開示された樹脂バリ除去装置は、フレーム部に樹脂を成型し、この成型時に生じる上記樹脂バリをレーザ照射により除去するものであるが、樹脂部分とフレーム部との間に接着剤が介在されないから、レーザ照射による樹脂バリの除去は、接着剤部分の除去までも意図するものではない。即ち、ゴムバリ部分が接着剤によって強固に基材に固着しているゴム製ガスケット構造体の場合とはその対象が異なる。しかも、特許文献４の樹脂バリ除去装置における除去対象は、単に樹脂の成型体であって、２部材間に介在して該２部材をシールするゴム製のガスケットではなく、その為、離脱したバリ部分のシール性に対する影響やシール対象媒体内への混入による機器の機能性への影響等を考慮する必要がないものである。従って、このようなガスケット構造体の製造過程に、特許文献４に開示された樹脂バリ除去装置をそのまま適用するという考えは容易に導出されるものではない。
【０００９】
本発明は、上記の実情に鑑み、ゴムバリ部分が接着剤によって強固に基材に固着しているゴム製ガスケット構造体の特有の問題点に着目してなされたものであり、ゴムバリ部分の除去が簡易且つ的確になされ、信頼性の高いガスケット構造体とその有効な製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係るガスケット構造体は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが成型一体とされたガスケット構造体であって、上記ゴム製ガスケットの成型時において、上記所定部位から食み出した状態で接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分を、レーザ処理により当該接着剤と共に焼失除去して得られたものであることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明に係るガスケット構造体の製造方法は、シール対象基材の所定部位に対する接着剤の塗布、及び、ガスケット形状に対応するキャビティを備えた金型への上記シール対象基材の配置を行った上で、該キャビティ内に未加硫ゴム材を注入して、上記シール対象基材の所定部位にゴム材を上記ガスケット形状となるよう一体加硫成型し、脱型後、上記所定部位から食み出した接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分をレーザ処理して当該接着剤と共に焼失除去することを特徴とする。
【００１２】
第１及び第２の発明においては、前記シール対象基材が金属材からなるものとしても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るガスケット構造体は、シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが成型一体とされたものであるから、このガスケット構造体が、梱包や搬送等の流通におかれてもシール対象基材とガスケットとが分離することがない。そして、本ガスケット構造体は、燃料電池やハードディスク装置等の組立工場にそのまま持ち込まれ、他のシール対象基材と締結一体とすることにより、当該シール対象基材と他のシール対象基材との間にゴム製ガスケットが圧縮状態で挟圧され、両者間のシールがなされる。従って、上記の組立工場では、別途準備したガスケットをシール対象基材間に介装する作業が不要とされ、組立て作業の効率化が図られる。
【００１４】
また、上記成型時において上記基材に固着残存したゴムバリ部分を、レーザ処理により当該接着剤と共に焼失除去して得られたものであるから、他のシール対象基材と締結して前記機器等を組み立てた際に、ゴムバリ部分が離脱しガスケット部分に付着してシール性を低下させたり、シール対象の媒体流路等に異物として流入し前記機器等の機能障害を引き起こしたりすることもなく、耐久性も維持される。また、レーザ処理によりゴムバリ部分が完全に除去されているから、ゴムバリ部分の痕跡が視覚されず、手作業によってバリ仕上げがなされたものに比べてはるかに外観が優れたものとなる。
【００１５】
第２の発明に係るガスケット構造体の製造方法においては、金型のキャビティ内に未加硫ゴム材を注入する際、キャビティ内に配置されたシール対象基材には接着剤が塗布されているから、ゴム材の加硫と共に接着剤の硬化が促進され、シール対象基材にゴム製ガスケットが強固に固着一体とされたガスケット構造体が得られる。接着剤の塗布は、接着域を確実に確保する為上記所定部位の幅よりやや広めになされる。その為、脱型した際に残存するゴムバリ部分は、上記所定部位より食み出した状態で接着剤により基材に固着している。本発明では、脱型後、このゴムバリ部分をレーザ処理するようにしているから、ゴムバリ部分を接着剤と共に精度よく完全に焼失除去することができ、自動化も可能となる。
【００１６】
処理対象となるシール対象基材に対応した適切な波長のレーザにより処理を実施することで、シール対象基材へのダメージが小さく、シール対象基材のシール性能に影響を及ぼすことのない処理とすることができる。シール対象基材が金属材からなる場合、例えば、金メッキされたシール対象基材の場合には、波長が１０６４ｎｍ以上のレーザによる処理が望ましく、シール対象基材がダメージを受けることがなく、シール対象基材自体の機能に影響を及ぼすこともない。従って、シール対象基材への影響を気にすることなく、上記ゴムバリ部分及び接着剤の除去が効果的になされる。
【００１７】
本発明において、ガスケットを構成するゴム材としては、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ、ＡＣＭ、ＡＥＭ、ＦＫＭ、ＥＰＤＭ、ＶＭＱ等から選ばれたいずれかのゴム材が好ましく採用される。また、接着剤層を構成する接着剤としては、熱硬化性の接着剤が用いられ、具体的には、エポキシ系、フェノール系、カップリング剤系、ポリイミド系、ゴム糊系の接着剤が好ましく採用される。この接着剤は、上記ゴム材の加硫成型時における加硫温度で硬化し、この硬化の際にゴム材及びシール対象基材の界面において化学反応を起こし、両被接着部材を強固に一体とするものである。更に、シール対象基材としては、ＳＵＳ等の金属材が好ましく採用される。レーザとしては、固体レーザ或いはガスレーザが採用される。これらは、シール対象基材にダメージを与えず、ゴムバリ部分及び接着剤を焼失除去するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のガスケット構造体を燃料電池のセパレータに適用した例を示す平面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線矢視拡大断面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線矢視拡大断面図である。
【図４】同ガスケット構造体の製造方法における成型工程での成型装置の断面図である。
【図５】同製造方法において脱型した後のレーザ処理の要領を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の最良の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１乃至図３に示すガスケット構造体１は、燃料電池のセパレータであって、不図示の高分子電解質膜（ＭＥＡ）等と合体されて燃料電池構成用スタック（不図示）が構成されるものである。このガスケット構造体としてのセパレータ１は、ＳＵＳ等のメタルプレート或いはカーボンプレート等をシール対象基材２とし、このシール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤層４を介してゴム製のガスケット３が一体固着されたものである。シール対象基材２は、適所に冷媒、水素及び酸素等の媒体流通用の開口部（シール対象媒体の流通域）２ａ…を複数備え、また、シール対象基材２の板面にはこれら開口部２ａのいずれかと連通する媒体流通路帯（シール対象媒体の流通域）２ｂが形成されている。これら開口部２ａ…及び媒体流通路帯２ｂの周りに所定幅の所定部位２ｃが形成され、この所定部位２ｃにガスケット３が一体固着され、上記スタックの複数が締結合体されて燃料電池が構成された際に、上記媒体の漏出の防止が図られる。
【００２０】
上記ゴム製ガスケット３は、断面山形のビード状に連なるガスケット本体部３ａと、該ガスケット本体部３ａの両側部（裾部）に沿って形成された鍔部３ｂとよりなる。ガスケット３の形状は図例のものに限定されず、片側に鍔部３ｂを備えたものや、ガスケット本体部３ａの断面形状が半円形その他の形状のものであっても良い。上記構成のセパレータとしてのガスケット構造体１は２枚で対をなし、該対間に、前記ＭＥＡを挟装して１個の単位セル（不図示）を構成し、この単位セルを多数重ね合わさせて燃料電池本体、即ち、スタック（不図示）が形成される。このスタックの両端に集電板（不図示）を配し、これらをボルト（不図示）で締結一体として燃料電池が構成される。このような締結状態では、ガスケット３がシール対象基材２とＭＥＡとの間で圧縮変形した状態で介在するから、シール対象基材２とＭＥＡとの間がシールされ、シール対象媒体の流通域２ａ、２ｂを流通する媒体（不図示）の外部への漏出が阻止される。
【００２１】
図２及び図３に示すガスケット構造体１の例では、ゴム製ガスケットにおける両鍔部３ｂの端縁部３ｃが、後記するゴム材の成型時のエアベント部となり、このエアベント部には不可避的にゴムバリ部分が形成される。図２及び図３では、このゴムバリ部分が、後記するレーザ処理により焼失除去された状態を示している。
【００２２】
ここで、上記ガスケット構造体（セパレータ）１を製造する方法の例を、図４及び図５を参照して説明する。図４は、射出成型法或いはトランスファー成型法に適用される金型５の一部を示しており、該金型５は、下金型６及び上金型７よりなる。下金型６は上記シール対象基材２を収容し得るキャビティ６ａを備える。また、上金型７は、上記ガスケット３のガスケット本体部３ａ及び鍔部３ｂの形状に対応するよう形成された環状のキャビティ７ａと、未加硫ゴム材３Ｒの注入ゲート７ｂとを備える。
【００２３】
上記金型５において、先ず、下金型６に形成されたキャビティ６ａ内に上記シール対象基材２を配置し、該シール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤４Ｒを塗布した上で下金型６に上金型７を型締め合体させる。接着剤４Ｒの塗布は、シール対象基材２をキャビティ６ａ内に配置する前に行っても良い。上記所定部位２ｃの幅は、上金型７のキャビティ７ａの幅、即ち、ガスケット３の幅と同じとされ、接着剤４Ｒの塗布は、該所定部位２ｃの幅より若干広めになされる。これは、前述のように、ガスケット３の接着域を確実に確保する為である。従って、接着剤４Ｒの塗布域は、上記所定部位２ｃの両側に食み出した部分（以下、マージン部分と言う）４Ｒａ，４Ｒａを有することになる。図４は、下金型６と上金型７とが型締め合体されている状態を示しているから、便宜上このマージン部分４Ｒａ，４Ｒａを破線で表している。そして、注入装置（不図示）から注入ゲート７ｂに未加硫ゴム材３Ｒを注入し、注入されたゴム材３Ｒは、注入圧により逐次キャビティ７ａ内に至る。
【００２４】
全キャビティ７ａ内がゴム材３Ｒで充分に充填されると保圧状態に保ち、ゴム材３Ｒを加硫する。この加硫は、金型を加熱するか、未加硫ゴム材３Ｒの保有する熱によってなされ、この加硫に伴い接着剤４Ｒの硬化が促進される。その後、脱型し、注入ゲート７ｂに残存するゴム材を切除すれば、図５に示すように、シール対象基材２の所定部位２ｃに接着剤層４を介して固着一体とされたゴム製ガスケットの成型体３０が得られる。このように、未加硫ゴム材３Ｒの成型と同時に、接着剤層４を介したシール対象基材２との一体固着がなされるから、極めて効率的にゴム製ガスケットの成型体３０が得られる。
【００２５】
図５に示すように、上記ガスケットの成型体３０は、キャビティ７ａの形状に対応して、断面形状が山形のガスケット本体部３０ａと、その両側裾部に連なる鍔部３０ｂ，３０ｂとよりなるが、該鍔部３０ｂ，３０ｂの端縁部には、成型時の上金型７とシール対象基材２との界面でのエアベント部によるゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃが、上記所定部位２ｃの両側に食み出した状態で生成されている。そして、このゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃは、接着剤４Ｒにおける上記マージン部分４Ｒａ，４Ｒａによってシール対象基材２に固着されている。また、上記注入ゲート７ｂに対応する部分には、残存するゴム材の切除跡が別のゴムバリ部分３０ｄとして残存する。
【００２６】
図５は、上記ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃをレーザ処理により焼失除去させる状態を示しており、図例ではゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃに対してレーザ装置８によるレーザビーム８ａが上方より照射されている。このように、ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃに、レーザ装置８によるレーザビーム８ａを上方より照射することにより、ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｃが接着剤４Ｒのマージン部分４Ｒａ，４Ｒａと共に破線部分に沿って焼失除去される。ゲート部のゴムバリ部分３０ｄは、図示を省略したが、横向きにレーザ照射することにより、同様に破線部分に沿って焼失除去される。レーザ装置８としては、前述のように固体レーザ装置或いはガスレーザ装置が採用されるが、このようなレーザ装置８によるレーザビーム８ａをゴムバリ部分３０ｃに上方より照射すると、ゴムバリ部分３０ｃはその下の接着剤４Ｒのマージン部分４Ｒａと共に完全に焼失除去されて、図２に示すように、ゴムバリ部分３０ｃの痕跡がないバリ仕上げ外観に優れたガスケット構造体１が得られる。また、シール対象基材２がＳＵＳ等の金属材からなる場合は、レーザ照射によるダメージがなく、シール対象基材２の毀損や基材２自体に求められる機能の低下を来たす懸念もない。
【００２７】
従って、外観不良製品の発生が著減され、製造歩留まりの向上に大きく寄与する。また、バリ仕上げ工程の自動化も可能となり、従来の手作業による場合に比べて、はるかに製造効率が向上する。特に、ゴムバリ部分３０ｃが接着剤４Ｒのマージン部分４Ｒａによってシール対象基材２に強固に固着しているから、手作業による除去は極めて困難であるが、このようなレーザ処理を採用することにより、精度良く且つ効率的なバリ仕上げをなし得ることになり、これによる実益は極めて大である。
【００２８】
そして、本ガスケット構造体１を他のシール対象基材（不図示）と合体締結させて前記のような機器等を構成すれば、ゴム製ガスケット３がシール対象基材２と他のシール対象基材との間で圧縮変形した状態で介在し、シール対象基材２と他のシール対象基材との間がシールされ、シール対象媒体（不図示）の外部への漏出が阻止される。しかも、ゴムバリ部分３０ｃ，３０ｄや接着剤４Ｒのマージン部４Ｒａは完全に除去されているから、これらがガスケット本体部３ａに付着してシール性を損なったり、或いは、流通するシール対象媒体内に混入して、前記機器等の機能障害を引き起こしたりする懸念もない。
【００２９】
尚、上記実施形態では、シール対象基材２のガスケット３が一体固着される部位が平坦である例について述べたが、シール対象基材２の表面に環状溝を形成し、上記所定部位２ｃをこの環状溝の底部に設定するようにしても良い。また、燃料電池のセパレータに適用した例について述べたが、ハードディスク装置、その他の機器或いは自動車部品等を構成するものであって、シール対象基材とガスケットとが一体固着された状態で流通に供せられるものにも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１ セパレータ（ガスケット構造体）
２ シール対象基材
２ｃ 所定部位
３ ガスケット
３ａ ガスケット本体部
３ｂ 鍔部
３０ｃ ゴムバリ部分
３Ｒ 未加硫ゴム材
４ 接着剤層
４Ｒ 接着剤
４Ｒａ マージン部分（接着剤の食み出し部分）
５ 金型
６ａ キャビティ
７ａ キャビティ
８ レーザ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが成型一体とされたガスケット構造体であって、
上記ゴム製ガスケットの成型時において、上記所定部位から食み出した状態で接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分を、レーザ処理により当該接着剤と共に焼失除去して得られたものであることを特徴とするガスケット構造体。
【請求項２】
請求項１に記載のガスケット構造体において、
前記シール対象基材が金属材からなることを特徴とするガスケット構造体。
【請求項３】
シール対象基材の所定部位に対する接着剤の塗布、及び、ガスケット形状に対応するキャビティを備えた金型への上記シール対象基材の配置を行った上で、該キャビティ内に未加硫ゴム材を注入して、上記シール対象基材の所定部位にゴム材を上記ガスケット形状となるよう一体加硫成型し、脱型後、上記所定部位から食み出した接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分をレーザ処理して当該接着剤と共に焼失除去することを特徴とするガスケット構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のガスケット構造体の製造方法において、
前記シール対象基材が金属材からなることを特徴とするガスケット構造体の製造方法。
【請求項１】
シール対象基材の所定部位に接着剤層を介してゴム製ガスケットが成型一体とされたガスケット構造体であって、
上記ゴム製ガスケットの成型時において、上記所定部位から食み出した状態で接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分を、レーザ処理により当該接着剤と共に焼失除去して得られたものであることを特徴とするガスケット構造体。
【請求項２】
請求項１に記載のガスケット構造体において、
前記シール対象基材が金属材からなることを特徴とするガスケット構造体。
【請求項３】
シール対象基材の所定部位に対する接着剤の塗布、及び、ガスケット形状に対応するキャビティを備えた金型への上記シール対象基材の配置を行った上で、該キャビティ内に未加硫ゴム材を注入して、上記シール対象基材の所定部位にゴム材を上記ガスケット形状となるよう一体加硫成型し、脱型後、上記所定部位から食み出した接着剤により上記基材に固着したゴムバリ部分をレーザ処理して当該接着剤と共に焼失除去することを特徴とするガスケット構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のガスケット構造体の製造方法において、
前記シール対象基材が金属材からなることを特徴とするガスケット構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１９０２３７（Ｐ２０１０−１９０２３７Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３２２３７（Ｐ２００９−３２２３７）
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（０００２２５３５９）内山工業株式会社 (204)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（０００２２５３５９）内山工業株式会社 (204)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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