JP2007278366A - ガスケットの成形方法及びガスケット - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
10 セパレータ
20 MEA
30,31,32,33 ガスケット
100 単セル
20 MEA
30,31,32,33 ガスケット
100 単セル
Claims (6)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006104065A JP2007278366A (ja) | 2006-04-05 | 2006-04-05 | ガスケットの成形方法及びガスケット |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=38680009
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020138514A (ja) * | 2019-03-01 | 2020-09-03 | Nok株式会社 | ガスケットの製造方法 |
JP2021032372A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-03-01 | Nok株式会社 | ガスケットの製造方法 |
JP2021148191A (ja) * | 2020-03-18 | 2021-09-27 | 本田技研工業株式会社 | ゴムシールの製造方法 |
-
2006
- 2006-04-05 JP JP2006104065A patent/JP2007278366A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7261614B2 (ja) | 2019-03-01 | 2023-04-20 | Nok株式会社 | ガスケットの製造方法 |
JP2021032372A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-03-01 | Nok株式会社 | ガスケットの製造方法 |
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JP2021148191A (ja) * | 2020-03-18 | 2021-09-27 | 本田技研工業株式会社 | ゴムシールの製造方法 |
JP7424877B2 (ja) | 2020-03-18 | 2024-01-30 | 本田技研工業株式会社 | ゴムシールの製造方法 |
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Legal Events
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