基材一体型密封件及其制造用模具.pdf

本发明提供一种基材一体型密封件及其制造用模具，在于薄膜状、片状或者板状的基材(11)上一体地成形衬垫(12)的基材一体型密封件(1)中，通过尽可能地减小衬垫(12)的宽度来实现节省空间化。为了达成该目的，本发明的基材一体型密封件(1)具有：薄膜状、片状或者板状的基材(11)；衬垫(12)，一体地设置于该基材(11)，由橡胶状弹性材料构成；填充层(13)，由填充至在所述基材(11)上开设的贯通孔(11a)内的橡胶状弹性材料构成；该填充层(13)，一部分与所述衬垫(12)连续，同时，其他部分以与所述基材(11)大致同等的厚度从所述衬垫(12)伸出。

1.  一种基材一体型密封件，其特征在于具有：薄膜状、片状或者板状的基材；衬垫，一体地设置于该基材，由橡胶状弹性材料构成；填充层，由填充至在所述基材上开设的贯通孔内的橡胶状弹性材料构成；该填充层，一部分与所述衬垫连续，同时，其他部分以与所述基材大致同等的厚度从所述衬垫伸出。

2.  根据权利要求1所述的基材一体型密封件，其特征在于，衬垫设置于基材的厚度方向两侧。

3.  一种基材一体型密封件制造用模具，其为用于在薄膜状、片状或者板状的基材上一体成形由橡胶状弹性材料构成的衬垫而得到权利要求1或2中所述的基材一体型密封件的模具，所述基材一体型密封件制造用模具的特征在于，由多个分开模构成，在将所述基材定位放置于该分开模之间并进行合模的状态下，将成形用液状橡胶注入在所述基材与所述分开模的内面之间形成的型腔的注入浇口，在与所述型腔分开的位置，在所述多个分开模之间开口，所述基材以开设于该基材的贯通孔连通于所述型腔以及注入浇口的双方的方式进行定位。

基材一体型密封件及其制造用模具
技术领域
本发明涉及一种例如用于对形成于燃料电池组的各燃料电池单元的流路进行密封的燃料电池用密封件等，将衬垫一体地成形于在薄膜状、片状或者板状的基材的基材一体型密封件，进一步涉及在该基材一体型密封件的制造中所使用的模具。
背景技术
对于燃料电池，主要以隔板夹持包含有在电解质膜的两面设置一对电极层的MEA(Membrane Electrode Assembly：膜-电极复合体)的发电体而形成燃料电池单元，并且形成层叠该燃料电池单元的堆叠构造(スタック構造)，从而广泛应用于从数十瓦左右的小型电源至100千瓦级的汽车用电源。MEA的电解质膜主要使用氟类固体高分子膜等，要求质子传导性。另一方面，隔板具备如下重要作用：形成用于向电解质膜供给气体燃料(氢气)和氧化剂气体(含有氧气的空气)的流路，同时，对通过电气化学反应在阳极侧产生的电子进行传导。
另外，在该种燃料电池中，为了使气体燃料和氧化气体、通过其反应而生成的水和剩余气体、用于冷却堆叠电池(スタック)的冷却水等不向外部泄漏，或者彼此混合，需要对其进行密封。
图6同时示出作为燃料电池用密封件而应用的现有的基材一体型密封件和燃料电池的一部分，该基材一体型密封件100，在由MEA或者以包围该MEA的外周的方式配置的合成树脂薄膜构成的薄膜状、片状或者板状的基材101的厚度方向两面，一体地成形由橡胶状弹性材料(橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料)构成的衬垫102、102。各衬垫102由接合于基材101的表面的扁平的基底102a与从该基底102a以山形隆起形成的密封唇102b构成。并且，该基材一体型密封件100，插装于燃料电池单元中的隔板200、200的外周部之间，衬垫102、102中的密封唇102b、102b在压缩状态下与形成于所述隔板200、200的密封槽201、201的底面紧密接触，由此， 实现了相对于气体燃料、氧化气体或者冷却水等的密封功能。
衬垫102、102的基底102a、102a具有向其宽度方向伸出的伸出部102c、102c。该伸出部102c、102c经由将开设于基材101的贯通孔101a填埋的填充层103彼此连续，换言之，衬垫102、102经由填充层103彼此连续。此外，也存在伸出部102c、102c遍及基底102a的全长而形成的情况。
图7以及图8示出用于通过将衬垫102、102一体成形于基材101而制造基材一体型密封件100的模具300，即，通过将基材101放置于由上模具301和下模具302构成的模具300内并进行合模，从开设于上模具301的注入浇口304，向由基材101和上模具301以及下模具302的内面所形成的型腔303、303内，填充成形用液状橡胶并使其交联固化，由此得到基材一体型密封件100。
在此，用于将从注入浇口304注入的成形用液状橡胶向基材101的两侧的型腔303、303赋形的贯通孔101a，考虑到由于交联固化等而导致的“收缩”，需要开设于从密封唇102b、102b离开的位置。因此，作为成形空间的型腔303、303具有成为衬垫102的基底102a的伸出部102c的扩张部303a、303a，注入浇口304以及基材101的贯通孔101a设置于与该扩张部303a、303a相对应的位置(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-96545号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
但是，由于上述现有的基材一体型密封件100在衬垫102、102的基底102a、102a上具有向其宽度方向伸出的伸出部102c、102c，因此，为了收容衬垫102、102，不得不将形成于隔板200、200的密封槽201、201的宽度放大伸出部102c、102c的大小，因此，存在被密封槽201、201所包围的发电区域相对地变小的问题。
本发明是鉴于以上问题点而完成的，其技术问题在于，在将衬垫一体地成形于薄膜状、片状或者板状的基材的基材一体型密封件中，通过尽可能地减小衬垫的宽度来实现节省空间化。
(解决技术问题的技术方案)
作为有效地解决上述技术问题的技术方案，本发明技术方案所涉及的基材一体型密封件，其具有：薄膜状、片状或者板状的基材；衬垫，一体地设置于该基材，由橡胶状弹性材料构成；填充层，由填充至在所述基材上开设的贯通孔内的橡胶状弹性材料构成；该填充层，一部分与所述衬垫连续，同时，其他部分以与所述基材呈大致同一水平面，从所述衬垫伸出。此外，此处的橡胶状弹性材料是指橡胶材料或者具有橡胶状弹性的合成树脂材料。
根据本发明技术方案的构成，一体地设置于基材的由橡胶状弹性材料构成的衬垫，形成为与填充层连续的构造，其中，所述填充层由填充至在所述基材上开设的贯通孔的橡胶状弹性材料构成。并且，所述填充层虽然从衬垫伸出，而在开设于基材的贯通孔内，与基材呈大致同一水平面，即以与基材大致同等的厚度形成，因此，衬垫的宽度方向的尺寸实质上较小，因此，在向机器的安装状态下，用于收容衬垫的密封槽无需形成为能够收容填充层的宽度，因此，能够减小密封槽的宽度。
本发明技术方案所涉及的基材一体型密封件，在上述的本发明技术方案所记载的构成中，衬垫设置于基材的厚度方向两侧。
根据本发明技术方案的构成，基材的厚度方向两侧的由橡胶状弹性材料构成的衬垫，形成为经由填充层彼此连续的构造，其中，所述填充层由填充至在所述基材上开设的贯通孔的橡胶状弹性材料构成。
本发明技术方案所涉及的基材一体型密封件制造用模具，其为用于在薄膜状、片状或者板状的基材上一体成形由橡胶状弹性材料构成的衬垫而得到上述的本发明技术方案所记载的基材一体型密封件的模具，由多个分开模构成，在将所述基材定位放置于该分开模之间并进行合模的状态下，将成形用液状橡胶注入在所述基材与所述分开模的内面之间形成的型腔的注入浇口，在与所述型腔分开的位置，在所述多个分开模之间开口，所述基材以开设于该基材的贯通孔连通于所述型腔以及注入浇口的双方的方式进行定位。
根据本发明技术方案的构成，如果将薄膜状、片状或者板状的基材定位放置于多个分开模之间并进行合模的话，则开设于所述基材的贯通孔，连通于通过合模而在所述基材和所述分开模的内面之间形成的型腔和在从该型腔离开的位置在所述多个分开模之间开口的注入浇口的双方，因此，如果从所述注入浇口注入成形用液状橡胶的话，则该成形用液状橡胶经由所述贯通 孔被填充至所述型腔内并被赋形。并且，成形用液状橡胶在所述型腔内交联固化的部分，成为与所述基材一体成形的由橡胶状弹性材料构成的衬垫，成形用液状橡胶在所述贯通孔内交联固化的部分，成为一部分与所述衬垫连续的同时其他部分与所述基材呈大致同一水平面并且从所述衬垫伸出的填充层。
(发明的效果)
根据本发明所涉及的基材一体型密封件，能够实质上减小衬垫的宽度，因此，能够实现节省空间化。
根据本发明所涉及的基材一体型密封件制造用模具，能够得到实质上减小衬垫的宽度从而实现节省空间化的基材一体型密封件。
附图说明
图1是示出作为本发明所涉及的基材一体型密封件的实施方式的燃料电池用密封件的主要部分截面立体图。
图2是将作为本发明所涉及的基材一体型密封件的实施方式的燃料电池用密封件与燃料电池的一部分一起在图1的A部进行切断并示出的主要部分截面图。
图3是将作为本发明所涉及的基材一体型密封件的实施方式的燃料电池用密封件与燃料电池的一部分一起在图1的B部进行切断并示出的主要部分截面图。
图4是将用于制造作为本发明所涉及的基材一体型密封件的实施方式的燃料电池用密封件的模具与所制造的燃料电池用密封件一起示出的主要部分截面立体图。
图5是将用于制造作为本发明所涉及的基材一体型密封件的实施方式的燃料电池用密封件的模具与被定位放置的基材一起示出的主要部分截面图。
图6是将现有的燃料电池用密封件与燃料电池的一部分一起示出的部分截面图。
图7是将用于制造现有的燃料电池用密封件的模具与所制造的燃料电池用密封件一起示出的主要部分截面立体图。
图8是将用于制造现有的燃料电池用密封件的模具与被定位放置的基材一起示出的部分截面图。
符号说明
1 基材一体型密封件
11 基材
11a 贯通孔
12 衬垫
13 填充层
2 隔板
21 密封槽
3 模具
31 上模具
32 下模具
33 型腔
34 注入浇口。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的基材一体型密封件及其制造用模具的优选实施方式进行说明。
首先，图1至图3示出将本发明所涉及的基材一体型密封件作为燃料电池用密封件应用的优选的实施方式。
如图1所示，该基材一体型密封件1，在由MEA或者以包围该MEA的外周的方式配置的合成树脂薄膜(合成树脂板材)等构成的基材11的厚度方向两面，一体地成形由橡胶状弹性材料构成的衬垫12、12。各衬垫12由接合于基材11的表面的扁平的基底12a和从该基底12a以山形隆起形成的密封唇12b构成。并且，如图2以及图3所示，该基材一体型密封件1，插装于燃料电池单元中的隔板2、2的外周部之间，通过衬垫12、12中的密封唇12b、12b在压缩状态下紧密接触于在所述隔板2、2上形成的密封槽21、21的底面，实现相对于气体燃料、氧化气体或者冷却水等的密封功能。
在基材11上，在从衬垫12的密封唇12b向宽度方向离开的位置，沿着衬垫12的延长方向以适当的间隔开设有多个贯通孔11a，在该贯通孔11a内，充填有由橡胶状弹性材料构成的填充层13，该填充层13，一部分与衬垫12、12中的基底12a、12a连续，同时，其他部分与基材11呈大致同一水平面， 也就是说，以与基材11大致同等的厚度从衬垫12、12伸出。
因此，基材11的两侧的衬垫12、12，经由从其基底12a、12a以适当的间隔并且与基材11呈大致同一水平面，也就是说，以与基材11大致同等的厚度伸出形成的填充层13彼此连续。
图4以及图5示出用于通过在基材11上一体成形衬垫12、12来制造图1中所示的基材一体型密封件1的、本发明所涉及的模具的优选实施方式，根据该实施方式的模具3由上模具31和下模具32构成，在该上模具31和下模具32的内面，在与被定位放置于其之间的基材11的两面之间，形成有成为用于成形图1中所示的衬垫12、12的型腔33、33的槽状凹部31a、32a。此外，上模具31以及下模具32相当于本发明技术方案中记载的分开模。
在上模具31上，开设有用于向型腔33、33注入成形用液状橡胶的多个注入浇口34，该注入浇口34在从所述槽状凹部31a、32a(型腔33、33)离开的位置在上模具31和下模具32之间开口。
另一方面，在基材11上，沿着型腔33、33的延长方向以适当的间隔预先开设有多个贯通孔11a。并且，该贯通孔11a，以如下方式设定其开设位置，即，在将基材11定位放置于上模具31和下模具32之间的状态下，一部分位于型腔33、33之间，同时，其他部分从型腔33、33之间向宽度方向伸出。
另外，开设于上模具31的注入浇口34，以如下方式设定其开设位置，即，当将基材11定位放置于上模具31和下模具32之间时，朝向基材11的各贯通孔11a开口。
因此，在使用上述构成的模具3制造图1中所示的基材一体型密封件1时，首先，将基材11定位放置于上模具31和下模具32之间并进行合模。此时，开设于上模具31的注入浇口34，朝向开设于基材11的贯通孔11a开口，另外，贯通孔11a的一部分位于通过合模而在上模具31和下模具32的槽状凹部31a、32a之间形成的型腔33、33之间，因此，该贯通孔11a连通于型腔33、33以及注入浇口34双方。
因此，在上述的合模状态下，从上模具31的注入浇口34注入的成形用液状橡胶，经由基材11的贯通孔11a向基材11的两侧的型腔33、33内充填而被成形。并且，成形用液状橡胶在型腔33、33内交联固化的部分，成形为由橡胶状弹性材料构成的衬垫12、12，同时，与所述基材11一体化， 成形用液状橡胶在贯通孔11a内交联固化的部分，成形为一部分与衬垫12、12连续的同时其他部分与基材11呈大致同一水平面并且从衬垫12、12伸出的填充层，得到图1中所示的基材一体型密封件1。
此时，由于注入浇口34位于从型腔33、33离开的位置，并且朝向贯通孔11a开口，因此，能够抑制对成形于型腔33、33内的衬垫12、12的主体部分施加的“收缩”等所产生的不利影响。
这样制造的图1的基材一体型密封件1，使基材11的两侧的衬垫12、12彼此连续的填充层13从衬垫12、12伸出，但是，在开设于基材11的贯通孔11a内与基材11呈大致同一水平面，也就是说，以与基材11大致同等的厚度形成，因此，衬垫12、12(基底12a、12a)的宽度方向的尺寸实质上比较小。因此，如图2所示，隔板2、2的密封槽21、21无需形成为能够收容从衬垫12、12至填充层13的整体的宽度，也就是说，能够减小密封槽21、21的宽度。
因此，燃料电池单元中的密封槽21、21的占有面积减小，因此，形成于密封槽21、21的内周侧的发电区域(未图示)不会相对地变小，能够实现节省空间化。
此外，在上述的实施方式中，基材11作为燃料电池单元中的MEA或者以包围该MEA的外周的方式配置的合成树脂薄膜(合成树脂板材)进行了说明，而本发明也能够适用于基材11为隔板或者其他的薄膜状、片状或者板状的部件的情况。
另外，在上述的实施方式中，作为将衬垫12设置于基材11的厚度方向两面的部件进行了说明，而本发明也能够适用于将衬垫12设置于基材11的单面的情况。