JP2020186809A - ガスケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性材料の膜厚のバラツキを抑制することができるガスケットの製造方法を提供する。【解決手段】メタルビード１１の表面において、所定の第１方向ＳＱ１に対してスクリーン印刷法により弾性材料を印刷する第１印刷工程と、メタルビード１１の表面において、第１方向ＳＱ１に直交する第２方向ＳＱ２に対してスクリーン印刷法により弾性材料を印刷する第２印刷工程と、を実行するガスケットの製造方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスケットの製造方法に関する。

燃料電池セルを多数積層した構造を備える燃料電池において、積層された各燃料電池セルには、燃料ガスや酸化剤ガス等をシールするためのシール材が用いられている。燃料電池セル用のシール材として、燃料電池セルの構成部品であるセパレータなどのプレートの表面に、ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料（以下、単に「弾性材料」ともいう）と金属製のメタルビードとを一体に成形したガスケットが用いられている。そして、この種のガスケットの製造において、メタルビードの表面に弾性材料を所定のパターンで塗布するためにスクリーン印刷を行うことが知られている。なお、スクリーン印刷に関する技術として、複数回の印刷工程を行う技術も知られている(例えば、特許文献１及び２参照）。

特開平２−２５１４８２号公報 特開平６−１９１９７５号公報

ところで、燃料電池セルのシール材として用いられるガスケットは、メタルビードの表面に塗布された弾性材料の膜厚が高い精度で管理されていることが求められている。

しかしながら、スクリーン印刷によりメタルビードの表面に弾性材料を印刷する場合には、印刷を行う方向に起因して膜厚にバラツキが生じていた。また、スクリーン印刷において、メタルビードの表面に形成されている弾性材料の層を厚くするために、複数回のスクリーン印刷を行う場合があるが、この場合においても、印刷を行う方向に起因して膜厚にバラツキが生じていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、弾性材料の膜厚のバラツキを抑制することができるガスケットの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るガスケットの製造方法は、メタルビードの表面上に印刷パターンが形成されているスクリーンを配置する工程と、前記メタルビードの表面において、スキージを所定の第１方向に対して移動させることにより前記スクリーンの上に載置された弾性材料を前記メタルビードの表面に印刷する第１印刷工程と、前記メタルビードの表面において、スキージを前記第１方向に直交する第２方向に対して移動させることにより前記スクリーンの上に載置された弾性材料を前記メタルビードの表面に印刷する第２印刷工程と、を実行する。

本発明の一態様に係るガスケットの製造方法において、前記第１印刷工程及び前記第２印刷工程の双方において、同一の印刷パターンが形成されている前記スクリーンが用いられる。

本発明の一態様に係るガスケットの製造方法において、前記第１印刷工程の後、前記メタルビードに前記第２方向から前記弾性材料を印刷するために、前記メタルビードの位置を変更する位置変更工程を実行する。

本発明の一態様に係るガスケットの製造方法において、前記第１印刷工程と前記第２印刷工程との間に、前記メタルビードを静置した後に前記弾性材料を硬化させる第１硬化工程と、前記第２印刷工程の後に、前記メタルビードを静置した後に前記弾性材料を硬化させる第２硬化工程と、を実行する。

本発明に係るガスケットの製造方法によれば、弾性材料の膜厚のバラツキを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るガスケットの製造方法の概略を示すための平面図である。 本実施の形態に係るガスケットの製造方法において、弾性材料をメタルビードの表面に塗布する工程の概略を示すための模式図である。 本実施の形態に係るガスケットの製造方法において用いられるメタルビードを示す断面図である。 弾性材料を塗布した状態のメタルビードを示す断面図である。 本実施の形態に係るガスケットの製造方法の第１印刷工程の概略を示すための平面図である。 本実施の形態に係るガスケットの製造方法の第２印刷工程の概略を示すための平面図である。 参考例１に係るガスケットの製造方法の概略を示すための平面図である。 本実施の形態に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケット、及び参考例１，２に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケットの位置ごとの膜厚の相違を模式的に示す図である。 本実施の形態に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケット、及び参考例２に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケットの位置ごとの膜厚の相違を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るガスケットの製造方法の概略を示すための平面図である。図１に示すように、本実施の形態に係るガスケットの製造方法は、メタルビード１１の表面において、所定の第１方向ＳＱ１に対してスクリーン印刷法により弾性材料を印刷する第１印刷工程と、メタルビード１１の表面において、第１方向に直交する第２方向ＳＱ２に対してスクリーン印刷法により弾性材料を印刷する第２印刷工程と、を実行する。以下、ガスケットの製造方法について、具体的に説明する。

以下、説明の便宜上、図１における矩形状のメタルビード１１の一辺（短辺）に平行な方向をｘ軸方向とする。ｘ軸方向は、垂直方向ともいう。また、メタルビード１１の他の一辺（長辺）に平行な方向をｙ軸方向とする。ｙ軸方向は、平行方向ともいう。さらに、メタルビード１１の短辺及び長辺のいずれにも直交しない方向を斜め方向ともいう。以下の説明において、各部材の位置関係や方向を垂直、平行、又は斜めとして説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を示し、実際の製品等に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。

図１に示すように、ガスケットにおいて、メタルビード１１は、外形が、例えば長方形状に形成されており、その中央部分には、例えば長方形状の開口部が形成されている。すなわち、メタルビード１１は、全体として環状に形成されている。ガスケットは、例えば、燃料電池セルを多数積層した構造を備える燃料電池用または電池部品のシール部材として用いられる。燃料電池のシール部材は、積層された各燃料電池セルにおいて、燃料ガスや酸化ガス等をシールするためのシール部材が設けられている。燃料電池用シール部材は、燃料電池セルの構成部品であるセパレータなどの基板の表面に、ゴム弾性体（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるガスケットを一体に成形した基板一体型ガスケットが知られている。基板一体型ガスケットを製造する方法としては、スクリーン印刷を利用することが知られている。なお、本実施の形態に係る製造方法により製造されるガスケットが適用される対象は、上記に限られない。

図２は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法の印刷工程において、弾性材料のペーストＰをメタルビード１１の表面に塗布する工程の概略を示すための模式図である。図３は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法において用いられるメタルビード１１を示す断面図である。図４は、弾性材料を塗布した状態のメタルビード１１を示す断面図である。図２乃至図４を参照して、本実施の形態における、メタルビード１１の表面に弾性材料のペーストＰを塗布する工程を実行するための構成を説明する。

本実施の形態において、ガスケットを製造するための主な構成は、弾性材料のペーストＰを塗布する対象である基板の一例としてのメタルビード１１、メタルビード１１の表面に配置されるスクリーン版２０、スクリーン版２０の上に供給される弾性材料のペーストＰ、及び、ペーストＰをスクリーン版２０に押し付けてメタルビード１１に塗布するスキージ３０である。

図３に示すように、メタルビード１１は、上側に向かって凸のビード部１１１と、ビード部１１１を挟んでメタルビード１１の両側に形成された平坦な面である平面部１１２とを全周に渡って有している。具体的に、ビード部１１１は、幅方向において両側の平面部１１２の間、例えばメタルビード１１の中央部分において、下側から上側に向かって膨らむように断面視台形状に形成されている。図２に示すように、スクリーン版２０は、印刷対象の基板であるメタルビード１１の表面に被せられる。スクリーン版２０は、不図示の枠体に張設されたステンレスメッシュ等からなる不図示のスクリーンの下面側に、ガスケットの平面形状と対応する所定の印刷パターンのペースト塗布用開口２２を形成した乳剤層からなるマスク２１が一体に設けられている。ペースト塗布用開口２２は、メタルビード１１の表面において弾性材料を塗布するビード部１１１の位置に対応して設けられている。

スキージ３０は、スクリーン版２０の上に配置されている。スキージ３０は、印刷時のスクリーン版２０の表面とスキージ３０との間に所定の角度（アタック角θ）を有して設けられている。スキージ３０のアタック角θは、例えば、６０度から９０度の間で設定することができる。

ガスケット成形用の未架橋ゴム材料からなる弾性材料のペーストＰは、スクリーン版２０の上においてインク返し４０のスキージ３０の移動方向手前側に載置される。ペーストＰの弾性材料としては、液状フッ素エラストマーや、ＶＭＱ（ビニルメチルシリコーンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＦＫＭ（フッ化ビニリデン系フッ素ゴム）、などが用いられる。

本実施の形態に係るガスケットの製造方法の印刷工程において、弾性材料のペーストＰをメタルビード１１の表面に塗布する工程において、スキージ３０の先端をスクリーン版２０の表面に押し当てるようにして矢印ＳＱの方向に移動することにより、スクリーン版２０の上に載置されたペーストＰが、マスク２１のペースト塗布用開口２２からメタルビード１１の表面に押し出される。この工程において、スキージ３０を矢印ＳＱの方向に移動させた後、スクリーン版２０を取り外すことによって、図４に示すようにメタルビード１１のビード部１１１の表面には所定の印刷パターンで弾性材料の塗布層６０が形成される。そして、この弾性材料の塗布層６０を架橋硬化することによって、メタルビード１１と弾性材料の塗布層６０とが一体のガスケットが成形される。

次に、本実施の形態に係るガスケットの製造方法における、具体的な工程について説明する。

本実施の形態に係るガスケットの製造方法は、第１印刷工程として、メタルビード１１の表面に対して、スクリーン印刷法により所定の第１方向ＳＱ１に弾性材料のペーストＰを塗布する１回目の材料塗布工程を行う。第１印刷工程では、まず、図３に示したようにメタルビード１１の表面上に印刷パターンに対応するペースト塗布用開口２２が形成されているスクリーン版２０を配置する。

図５は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法の第１印刷工程の概略を示すための平面図である。作業台５０に配置されているメタルビード１１の表面上にスクリーン版２０を配置した後、第１印刷工程では、図５に示すように、スキージ３０を第１方向ＳＱ１に対して移動させることにより、スクリーン版２０の上に載置された弾性材料のペーストＰをメタルビード１１の表面に塗布する。本実施の形態において、第１印刷工程では、第１方向ＳＱ１を垂直方向、すなわち、矩形状のメタルビード１１の一辺（短辺）に平行な方向であるｘ軸方向としている。なお、本実施の形態において、第１方向ＳＱ１は、平行方向、すなわち、メタルビード１１の他の一辺（長辺）に平行な方向であるｙ軸方向であってもよい。

本実施の形態に係るガスケットの製造方法では、第１印刷工程の後、弾性材料のペーストＰを塗布したメタルビード１１を静置する、１回目のレベリング工程を行う。このレベリング工程では、第１印刷工程で塗布された弾性材料を所定の時間静置することで、塗布された弾性材料のボイド（気泡）を削減する。

本実施の形態に係るガスケットの製造方法では、１回目のレベリング工程の後、弾性材料の（架橋）硬化工程を行う。この硬化工程では、第１印刷工程で塗布された弾性材料を硬化させることで、この弾性材料の形状を安定させる。

本実施の形態に係るガスケットの製造方法は、１回目の（架橋）硬化工程の後、第２印刷工程として、メタルビード１１の表面に対して、スクリーン印刷法により第１方向ＳＱ１とは異なる所定の第２方向ＳＱ２に弾性材料のペーストＰを塗布する２回目の材料塗布工程を行う。第２印刷工程では、第１印刷工程で弾性材料が塗布されたメタルビード１１（以下「ガスケット半製品」ともいう）の表面上に、第１印刷工程と同様に印刷パターンに対応するペースト塗布用開口２２が形成されているスクリーン版２０を配置する。

図６は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法の第２印刷工程の概略を示すための平面図である。作業台５０に配置されているガスケット半製品１２の表面上にスクリーン版２０を配置した後、第２印刷工程では、図６に示すように、スキージ３０を第２方向ＳＱ２に対して移動させることにより、スクリーン版２０の上に載置された弾性材料のペーストＰをガスケット半製品１２の表面に塗布された弾性材料の上に重ねて塗布する。本実施の形態において、第２印刷工程におけるスキージ３０の移動方向である第２方向ＳＱ２は、第１方向ＳＱ１に直交する方向であればよい。本実施の形態において、第２方向ＳＱ２は、具体的には、平行方向、すなわち、ガスケット半製品１２の他の一辺（長辺）に平行な方向であるｙ軸方向としている。なお、本実施の形態において、第２方向ＳＱ２は、第１方向ＳＱ１が平行方向である場合に、垂直方向、すなわち、矩形状のガスケット半製品１２の一辺（短辺）に平行な方向であるｘ軸方向であってもよい。

第２印刷工程において、スキージ３０の移動方向を第１方向ＳＱ１から第２方向ＳＱ２に変更する際に、例えば、第１印刷工程の後、ガスケット半製品１２の位置を変更する位置変更工程を実行する。この工程を行うことにより、本実施の形態に係るガスケットの製造方法では、第２方向ＳＱ２にスキージ３０を移動させてガスケット半製品１２に対し弾性材料のペーストＰを印刷することができる。また、このようにスキージ３０に対してガスケット半製品１２の位置を変更することにより、第１印刷工程及び第２印刷工程の双方において、同一の印刷パターンが形成されているスクリーン版２０を用いることができる。

本実施の形態に係るガスケットの製造方法では、第２印刷工程の後、弾性材料のペーストＰを塗布したガスケット半製品１２を静置する、２回目のレベリング工程を行う。このレベリング工程では、第２印刷工程で塗布された弾性材料を所定の時間静置することで、塗布された弾性材料のボイド（気泡）を削減する。

本実施の形態に係るガスケットの製造方法では、２回目のレベリング工程の後、（架橋）硬化工程（以下同じ）を行う。この２回目の硬化工程は、第１印刷工程で塗布された弾性材料を所定の時間焼き付けることで、この弾性材料の物性を安定させる、本加硫工程である。以上の工程を実行することにより、メタルビード１１と弾性材料の塗布層とが一体で成形された基板一体型ガスケットを製造することができる。

次に、以上説明した製造方法により製造されたガスケットと、参考例の製造方法により製造されたガスケットとの弾性材料の塗布層の膜厚の相違を説明する。

図７は、参考例１に係るガスケットの製造方法の概略を示すための平面図である。図７に示すように、参考例１に係るガスケットの製造方法では、本実施の形態に係るガスケットの製造方法と異なり、作業台５０に配置されているメタルビード１１の表面上にスクリーン版２０を配置した後、スキージ３０を所定の方向ＳＱ１１に対して移動させることにより、スクリーン版２０の上に載置された弾性材料のペーストＰをメタルビード１１の表面に１回塗布する。

図８は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケット、及び参考例１，２に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケットの位置ごとの膜厚の相違を模式的に示す図である。ここで、参考例２に係るガスケットの製造方法は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法と同様に、メタルビード１１の表面に弾性材料を２回塗布している。しかしながら、参考例２に係るガスケットの製造方法は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法と異なり、１回目の弾性材料の塗布工程と２回目の弾性材料の塗布工程とのスキージ３０の移動方向が同一である。

図８に示すように、本実施の形態に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケットＳＰは、上述の参考例１の製造方法により製造されたガスケットＲＥ１、及び、参考例２の製造方法により製造されたガスケットＲＥ２と比較して、スクリーン印刷法による印刷方向を問わず、メタルビード１１の表面に設けられている弾性材料の塗布層の膜厚を均一にすることができる。

図９は、本実施の形態に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケット、及び参考例２に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケットの位置ごとの膜厚の相違を示すグラフである。図９に示すように、本実施の形態に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケットＳＰは、上述の参考例２の製造方法により製造されたガスケットＲＥ２と比較して、スクリーン印刷法による印刷方向を問わず、メタルビード１１の表面に設けられている弾性材料の塗布層の膜厚を所定の目標値Ｔに近い値にすることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るガスケットの製造方法によれば、スクリーン印刷によりメタルビードの表面に弾性材料を印刷する際に、印刷を行う方向に起因する膜厚のバラツキを低減することができる。また、本実施の形態に係るガスケットの製造方法によれば、メタルビードの表面に形成されている弾性材料の層を厚くしつつ、膜厚のバラツキを低減することができる。

特に、燃料電池セルに用いられるガスケットは、ＧＤＬ（Gas Diffusion Layer）やＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）などスタック部材を積層する際の厚み方向の公差内における寸法のバラツキ、あるいは積層ずれによる衝圧変動を考慮すると、弾性材料の膜厚にも高い精度が要求されている。このため、本実施の形態に係るガスケットの製造方法により製造されたガスケットを燃料電池セルに用いることにより、弾性材料の膜厚に対する高い精度を満たすことができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。また、例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

１１…メタルビード、１２…ガスケット半製品、２０…スクリーン版、２１…マスク、２２…ペースト塗布用開口、３０…スキージ、４０…インク返し、５０…作業台、６０…塗布層、１１１…ビード部、１１２…平面部、６０…塗布層、１１１…ビード部、１１２…平面部、Ｐ…ペースト、ＳＱ１…第１方向、ＳＱ２…第２方向

Claims (4)

1. メタルビードの表面上に印刷パターンが形成されているスクリーンを配置する工程と、
   前記メタルビードの表面において、スキージを所定の第１方向に対して移動させることにより前記スクリーンの上に載置された弾性材料を前記メタルビードの表面に印刷する第１印刷工程と、
   前記メタルビードの表面において、スキージを前記第１方向に直交する第２方向に対して移動させることにより前記スクリーンの上に載置された弾性材料を前記メタルビードの表面に印刷する第２印刷工程と、
   を実行する、ガスケットの製造方法。
2. 前記第１印刷工程及び前記第２印刷工程の双方において、同一の印刷パターンが形成されている前記スクリーンが用いられる、
   請求項１に記載のガスケットの製造方法。
3. 前記第１印刷工程の後、前記メタルビードに前記第２方向から前記弾性材料を印刷するために、前記メタルビードの位置を変更する位置変更工程を実行する、
   請求項１または２に記載のガスケットの製造方法。
4. 前記第１印刷工程と前記第２印刷工程との間に、前記メタルビードを静置した後に前記弾性材料を硬化させる第１硬化工程と、
   前記第２印刷工程の後に、前記メタルビードを静置した後に前記弾性材料を硬化させる第２硬化工程と、
   を実行する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のガスケットの製造方法。

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