JP2007278366A - ガスケットの成形方法及びガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率の向上を図りつつ、品質性の向上を図ったガスケットの成形方法及びガスケットを提供する。
【解決手段】基体（例えば、燃料電池におけるセパレータ１０）上に、スクリーン印刷によって、ガスケット３０の素材となる自己接着性を有する液状ゴムを印刷する工程と、印刷された液状ゴムを硬化させる工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基体上にガスケットを成形するガスケットの成形方法及びガスケットに関するものである。

取り付け部へのガスケットの位置決めを容易にしたり、ガスケットの取り付け作業を省略することで作業効率を高めたりするために、ガスケットが密着されるべき部材にガスケットを一体成形により固定する技術が知られている。

例えば、固体高分子形燃料電池は、セパレータとＭＥＡが交互に複数重ね合わされた構造が採用される。そして、燃料，酸化剤及び反応により生じた水の流路を形成するために、セパレータとＭＥＡとの各隙間には、それぞれガスケットが設けられる。セパレータとＭＥＡとの間の隙間は非常に狭いことが多く、また、ＭＥＡの両側の同じ位置にガスケットを配置しなければシール性が得られないことから、ガスケットの位置決めは、高い精度が要求される。そのため、ガスケットの位置決め精度を高くし、かつ、作業効率を高めるために、セパレータにガスケットが一体成形される構成が採られることが多い。

セパレータなどの基体に、ガスケットを低コストで一体成形する方法として、スクリーン印刷を利用したものが知られている。すなわち、まず、所望のパターンを形成したマスクを基体に被せた状態で、スキージによってゴム原料液をマスクのパターンを通過させることで、パターン内にゴム原料液を充填する。そして、マスクを取り外した後に、ゴム原料液を硬化させることによってガスケットを一体成形する。

このようなスクリーン印刷による場合、１回のスクリーン印刷で印刷するゴム原料液の厚みを厚くしすぎると、マスクを取り外したときに、ゴム原料液の形がくずれてしまう。そのため、１回のスクリーン印刷で印刷可能なゴム原料液の厚みは限度がある。そのため、所望の厚みのガスケットを成形するために、複数回スクリーン印刷を繰り返して、多層的にゴム原料液を印刷しなければならないことがある。

また、従来、ゴム原料液として、ゴム材を溶剤で溶解したゴム溶液や、溶剤が不要な液状ゴムなどが用いられている。これらのゴム原料液を用いた場合、成形されたゴム層が剥がれないようにするために、印刷する相手側の表面が化学的に不安定な状態であることが必要である。そのため、例えば、架橋が十分に進行したゴム表面に更に新たなゴム層を成形させるのは困難であった。従って、上記のように多層的にゴム原料液を印刷する場合には、スクリーン印刷毎に架橋処理を行うのではなく、１回のスクリーン印刷毎に、乾燥処理などによって少しだけ形を安定させてから、架橋が進行する前に、更にスクリーン印刷を行うという作業を繰り返し、架橋されていないゴム原料液の層を多層とした後に、まとめて架橋処理を施すようにしていた。

しかしながら、架橋処理を行うことなくスクリーン印刷を行うと、２回目以降のマスクの着脱作業の際に、既に印刷したゴム原料液がマスクに付着してしまったり、これを抑制するためにマスクの位置合わせが大変な作業になってしまったりするなどの問題があった。また、多層化後に、まとめて架橋処理（硬化処理）を行うと、ゴム収縮が１度に大きく生じるため、ガスケットの寸法精度の悪化（部分的なバラツキ）を招き易く、また、層間の剥がれも生じ易い。

また、ゴム原料液を印刷する相手側の部材の表面が樹脂材で構成されているような場合
には、成形後のゴム層が剥がれないように、樹脂材表面と印刷するゴム原料液との間に、これらの接着力を高めるための接着剤層を設けなければならず、コストを増加させる原因にもなる。

なお、関連する技術としては、特許文献１，２に開示されたものがある。
特開２００１−１９６０７８号公報 特開２００２−２２８００１号公報

本発明の目的は、作業効率の向上を図りつつ、品質性の向上を図ったガスケットの成形方法及びガスケットを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のガスケットの成形方法は、
基体上に、スクリーン印刷によって、ガスケットの素材となる自己接着性を有する液状ゴムを印刷する工程と、
印刷された液状ゴムを硬化させる工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、ガスケットの素材となる液状ゴムが自己接着性を有しているので、印刷する相手部材の表面が化学的に安定した状態であっても、そのまま印刷することができ、その場合でも成形されたゴムの剥がれが生じてしまうことを抑制できる。従って、相手部材の表面が樹脂材で構成されているような場合でも接着剤層は不要であり、架橋が十分に進行したゴム材の表面への印刷も可能となる。

また、スクリーン印刷を複数回繰り返すことで、複数層からなるガスケットを成形するとよい。

こうすることで、形がくずれてしまうことなく、所望の厚みのガスケットを成形することができる。

そして、１回の印刷毎に、液状ゴムを硬化させるとよい。

これにより、２回目以降のマスクの着脱作業の際に、既に印刷した液状ゴムは硬化しているので、マスクに液状ゴムが付着してしまうというような問題はなく、マスクの位置合わせが面倒な作業になることもない。また、少しずつ液状ゴムを硬化させることになるので、ゴム収縮が一度に大きくなることを抑制でき、ガスケットの寸法精度を高めることができる。また、印刷毎に液状ゴムを硬化させることによって、硬化時の寸法バラツキを、次のスクリーン印刷によって吸収できるので、上記のようにゴム収縮量を抑えることと相俟って、相乗的にガスケットの寸法精度を高めることができる。更に、ゴム収縮量を抑えることで、層間の剥がれをより一層高めることができる。なお、本発明の場合、上記の通り、液状ゴムが自己接着性を有しているので、硬化されたゴム（架橋が進行されたゴム）表面に対して、新たにゴム層を成形してもゴム層間の剥がれを抑制できる。

また、本発明のガスケットは、
基体上に成形されるガスケットにおいて、
ガスケットの素材となる自己接着性を有する液状ゴムが、基体上にスクリーン印刷によ
り印刷された後に硬化されることによって、基体上に成形されることを特徴とする。

また、スクリーン印刷が複数回繰り返されることによって複数層から構成されるとよい。

また、各層における横幅が、表層に向かうにつれて徐々に狭くなっているとよい。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、作業効率の向上を図りつつ、品質性の向上を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明に係るガスケットは、各種装置に適用可能であるが、特に好適に適用される例として、固体高分子形燃料電池を挙げることができる。そこで、本発明の実施例に係るガスケットの成形方法及びガスケットの説明に先立って、当該燃料電池について図１を参照して簡単に説明する。図１は燃料電池の単セルの模式的断面図である。一般的に、燃料電池は複数の単セルが重なり合ったセルスタックから構成される。図１では、単セルのみを断面図にて示している。

単セル１００は、一対のセパレータ１０と、これら一対のセパレータ１０間に設けられるＭＥＡ２０と、セパレータ１０とＭＥＡ２０との間に設けられるガスケット３０とを備えている。ここで、ＭＥＡ２０は、電解質膜と、電解質膜を挟んで設けられる一対の触媒層及び一対のガス拡散層とを一体化したものである。

そして、ＭＥＡ２０の両側には、それぞれ、セパレータ１０とＭＥＡ２０とガスケット３０によって囲まれる領域Ｋ１，Ｋ２が形成される。これらの領域Ｋ１，Ｋ２のうちの一方に燃料（水素を含むもの）を流し、他方に酸化剤（酸素を含むもの、一般的には空気）を流す。これにより、ＭＥＡ２０におけるアノード側（燃料側）の触媒層では、水素がプロトンと電子に分かれる反応が起こる。この反応によりできたプロトンは水分子を伴って電解質膜中を移動し、電子は外部回路を通ってカソード側（酸化剤側）に移動する。なお、カソード側の触媒層では、アノード側から移動してきたプロトンと電子とが反応して水が生成される。以上が燃料電池の発電原理である。

以上のように構成される単セル１００においては、ＭＥＡ２０は可撓性を有する部材であることから、ＭＥＡ２０の両側にそれぞれ設けられるガスケット３０が重なり合っていないと、ガスケット３０の弾性反発力が不十分となり、安定したシール性を得ることができない。従って、ガスケット３０は高い位置決め精度が要求される。

また、一般的に、セパレータ１０とＭＥＡ２０との間の隙間は非常に狭いため、単体のガスケットをこれらの間に装着させる作業は煩わしく、位置決め精度を高くするのも困難である。

そのため、この単セル１００においては、ガスケット３０はセパレータ１０に一体成形
している。これにより、燃料電池を組み立てる作業において、ガスケット３０を装着する作業を省略でき、かつ、ガスケット３０のセパレータ１０に対する位置決め精度を高くすることができる。

以下、基体上にガスケットを一体成形する際の成形方法、及び当該方法によって得られたガスケットの実施例について説明する。

（実施例１）
図２を参照して、本発明の実施例１に係るガスケットの成形方法及びガスケットについて説明する。図２は本発明の実施例１に係るガスケットの模式的断面図である。なお、図２においては、基体（ここでは、セパレータ）上に成形されたガスケットにおいて、ガスケット付近の断面を示したものである。

本実施例に係るガスケット３１は、単層構造であり、基体となるセパレータ１０に一体成形される。このガスケット３１の素材として、接着成分を含んだ自己接着性を有する液状ゴムが用いられている。なお、自己接着性を有する液状ゴムの好適な例として、信越化学工業製のＳＩＦＥＬ６００シリーズ（特に好適な例としてはＳＩＦＥＬ６０４）を挙げることができる。

ガスケットの成形は、まず、スクリーン印刷により、上記の通り自己接着性を有する液状ゴムをセパレータ１０上に印刷する。

スクリーン印刷に関しては、公知技術であるので、詳細は省略し、簡単に説明する。スクリーン印刷は、まず、所望の形状（成形するガスケットの形状）のパターンを形成したマスクをセパレータ１０に被せる。パターンは切欠などの貫通孔により構成される。そして、マスク上に適量の液状ゴムを載せ、スキージによって、この液状ゴムを上記のパターンを通過させるように移動させる。これにより、パターン内に液状ゴムが充填される。その後、マスクを取り外すことで、セパレータ１０上に液状ゴムが所望の形状の状態で印刷される。

そして、スクリーン印刷した後に、液状ゴムを、架橋により硬化させる。架橋方法は、液状ゴムの特性によって異なるが、例えば、室温環境下で乾燥させることにより架橋する方法や紫外線放射などの物理的作用によって架橋する方法がある。

以上のようにして、セパレータ１０にガスケット３１を一体成形することができる。そして、本実施例では、ガスケット３１の素材として、自己接着性を有する液状ゴムを用いたので、従来のようにセパレータとガスケットの間に接着剤層を設けなくても、セパレータ１０とガスケット３１との接着力を十分に高めることができる。

このように本実施例に係るガスケットの成形方法及びガスケットによれば、接着剤層を設けることなく、ガスケットがセパレータから剥がれてしまうことを抑制できるので、成形コストを抑えつつ、安定したシール性を長期にわたって維持することができる。

より具体的な例として、自己接着性を有する液状ゴムとして、信越化学工業製のＳＩＦＥＬ６０４を用い、これをカーボン製のセパレータ表面に、スクリーン印刷によって印刷した後に、室温乾燥して空気雰囲気中にて架橋した。成形により得られたゴム層（ガスケット）の厚みは１００μｍとした。このゴム層とセパレータとの接着は強固であり、ゴム層をセパレータから引き剥がすのは困難であった。

また、他の例として、自己接着性を有する液状ゴムとして、信越化学工業製のＳＩＦＥ
Ｌ６０４を用い、これをポリイミド製のフィルム表面に、スクリーン印刷によって印刷した後に、室温乾燥して空気雰囲気中にて架橋した。成形により得られたゴム層（ガスケット）の厚みは１００μｍとした。このゴム層とフィルムとの接着は強固であり、ゴム層をフィルムから引き剥がすのは困難であった。

一方、比較例として、自己接着性を有しない液状ゴムとして、信越化学工業製のＳＩＦＥＬ３１５５を用い、これをカーボン製のセパレータ表面に、スクリーン印刷によって印刷した後に、室温乾燥して空気雰囲気中にて架橋した。成形により得られたゴム層（ガスケット）の厚みは１００μｍとした。このゴム層とセパレータとの接着は弱く、ゴム層をセパレータから引き剥がすのは容易であった。

また、他の比較例として、自己接着性を有しない液状ゴムとして、信越化学工業製のＳＩＦＥＬ３１５５を用い、これをポリイミド製のフィルム表面に、スクリーン印刷によって印刷した後に、室温乾燥して空気雰囲気中にて架橋した。成形により得られたゴム層（ガスケット）の厚みは１００μｍとした。このゴム層とフィルムとの接着は弱く、ゴム層をフィルムから引き剥がすのは容易であった。

（実施例２）
図３を参照して、本発明の実施例２に係るガスケットの成形方法及びガスケットについて説明する。図３は本発明の実施例２に係るガスケットの模式的断面図である。なお、図３においては、基体（ここではセパレータ）上に成形されたガスケットにおいて、ガスケット付近の断面を示したものである。

本実施例に係るガスケット３２は、多層構造（具体的には５層構造）であり、基体となるセパレータ１０に一体成形される。このガスケット３２の素材として、上記実施例１の場合と同様に、接着成分を含んだ自己接着性を有する液状ゴムが用いられている。

ガスケットの成形は、まず、スクリーン印刷により、自己接着性を有する液状ゴムをセパレータ１０上に印刷する。スクリーン印刷に関しては、上述の通りである。そして、１層分のスクリーン印刷を終えた後に、液状ゴムを架橋により硬化させる。架橋方法に関しても、上述の通りである。

このようなスクリーン印刷と架橋処理を繰り返すことにより、多層構造のガスケット３２を成形する。本実施例でもガスケット３２の素材として、自己接着性を有する液状ゴムを用いたので、上記実施例の場合と同様に、セパレータ１０とガスケット３２との接着力を十分に高めることができる。また、架橋処理がなされて架橋が進んだゴム層の表面に、ゴム層を重ねて成形しても、ゴム層同士の接着力を十分に高めることができる。

このように本実施例に係るガスケットの成形方法及びガスケットによれば、接着剤層を設けることなく、ガスケットがセパレータから剥がれてしまうことを抑制でき、かつ、多層構造のガスケット３２における各ゴム層間の剥がれも抑制できるので、成形コストを抑えつつ、安定したシール性を長期にわたって維持することができる。そして、多層構造とすることで、所望の厚みのガスケット３２を得ることができる。

また、本実施例では、１回のスクリーン印刷毎に、液状ゴムを架橋により硬化しているので、まとめて印刷してから架橋により硬化する場合と比べて、次のような利点がある。すなわち、スクリーン印刷において、２回目以降のマスクの着脱作業の際に、既に印刷した液状ゴムは硬化しているので、マスクに液状ゴムが付着してしまうというような問題はなく、マスクの位置合わせが面倒な作業になることもない。また、少しずつ液状ゴムを硬化させることになるので、ゴム収縮が一度に大きくなることを抑制でき、ガスケット３２
の寸法精度を高めることができる。また、印刷毎に液状ゴムを硬化させることによって、硬化時の寸法バラツキを、次のスクリーン印刷によって吸収できるので、上記のようにゴム収縮量を抑えることと相俟って、相乗的にガスケット３２の寸法精度を高めることができる。更に、ゴム収縮量を抑えることで、層間の剥がれをより一層高めることができる。

より具体的な例として、自己接着性を有する液状ゴムとして、信越化学工業製のＳＩＦＥＬ６０４を用い、これをカーボン製のセパレータ表面に、スクリーン印刷によって印刷した後に、室温乾燥して空気雰囲気中にて架橋した。そして、このようなスクリーン印刷と架橋処理を５回繰り返して、５層のゴム層からなるガスケットをセパレータ上に成形した。このような成形により得られたゴム層（ガスケット）の厚みは５００μｍとした。このゴム層とセパレータとの接着及び各ゴム層間の接着は強固であり、ゴム層をセパレータから引き剥がしたり、ゴム層間を引き剥がしたりするのは困難であった。

一方、比較例として、自己接着性を有しない液状ゴムとして、信越化学工業製のＳＩＦＥＬ３１５５を用い、これをカーボン製のセパレータ表面に、スクリーン印刷によって印刷した後に、室温乾燥して空気雰囲気中にて架橋した。そして、このようなスクリーン印刷と架橋処理を５回繰り返して、５層のゴム層からなるガスケットをセパレータ上に成形した。このような成形により得られたゴム層（ガスケット）の厚みは５００μｍとした。このゴム層とセパレータとの接着及び各ゴム層間の接着は弱く、ゴム層をセパレータから引き剥がしたり、ゴム層間を引き剥がしたりするのは容易であった。

（実施例３）
図４を参照して、本発明の実施例３に係るガスケットの成形方法及びガスケットについて説明する。図４は本発明の実施例３に係るガスケットの模式的断面図である。なお、図４においては、基体（ここではセパレータ）上に成形されたガスケットにおいて、ガスケット付近の断面を示したものである。

本実施例に係るガスケット３３も、上記実施例１の場合と同様に、多層構造（本実施例では、具体的には３層構造）であり、基体となるセパレータ１０に一体成形される。

本実施例の場合には、図から明らかなように、ガスケット３３を構成する各ゴム層における横幅が、表層に向かうにつれて徐々に狭くなっている。これにより、ガスケット３３が圧縮された際に、中央付近のピーク面圧が高くなるため、シール性を高めることができるという利点がある。

ガスケット３３を多層構造としたことに関する利点などについては、上記実施例２の場合と同様であるので、その説明は省略する。

図１は燃料電池の単セルの模式的断面図である。 図２は本発明の実施例１に係るガスケットの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例２に係るガスケットの模式的断面図である。 図４は本発明の実施例３に係るガスケットの模式的断面図である。

符号の説明

１０ セパレータ
２０ ＭＥＡ
３０，３１，３２，３３ ガスケット
１００ 単セル

Claims (6)

1. 基体上に、スクリーン印刷によって、ガスケットの素材となる自己接着性を有する液状ゴムを印刷する工程と、
   印刷された液状ゴムを硬化させる工程と、
   を有することを特徴とするガスケットの成形方法。
2. スクリーン印刷を複数回繰り返すことで、複数層からなるガスケットを成形することを特徴とする請求項１に記載のガスケットの成形方法。
3. １回の印刷毎に、液状ゴムを硬化させることを特徴とする請求項２に記載のガスケットの成形方法。
4. 基体上に成形されるガスケットにおいて、
   ガスケットの素材となる自己接着性を有する液状ゴムが、基体上にスクリーン印刷により印刷された後に硬化されることによって、基体上に成形されることを特徴とするガスケット。
5. スクリーン印刷が複数回繰り返されることによって複数層から構成されることを特徴とする請求項４に記載のガスケット。
6. 各層における横幅が、表層に向かうにつれて徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項５に記載のガスケット。

Images