JP2023033807A - ガスケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスケットの厚みを均一化することのできるガスケットの製造方法を提供する。
【解決手段】第１スクリーン版５１０を用いて、基材上にスクリーン印刷によって第１薄膜層２１１を形成する第１工程と、第１工程後に、第１薄膜層２１１を加熱して架橋を進行させる第２工程と、第２工程後に、第２スクリーン版５２０を用いて、前記基材上にスクリーン印刷によって第１薄膜層２１１を覆うように第２薄膜層２１２を形成する第３工程と、を有し、第２スクリーン版５２０における第２支持部５２２の厚みは、第１薄膜層２１１の幅方向の両側付近における最も厚みが厚い部位の厚み以下で、第２支持部５２２における対向面間の幅Ｗ２は、第１薄膜層２１１の幅以上であることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガスケットの製造方法に関する。

従来、燃料電池に備えられるセパレータなどの基材上に、スクリーン印刷によって表面が平坦なガスケットを製造する方法が知られている。スクリーン印刷においては、短手方向の中央の厚みが薄く、幅方向の両側付近の厚みが厚くなる現象（サドル現象と呼ばれる）が生じることが知られている。このような現象が生じると、密封性が低下してしまうおそれがある。

特開平６－３４９６６３号公報 特開平８－２６４３７４号公報 特開２０２０－１３８５１４号公報 特開２０２１－３２３７２号公報

本発明の目的は、ガスケットの厚みを均一化することのできるガスケットの製造方法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製造方法は、
基材表面に接っし、かつガスケットの形成予定領域の両側に沿うように設けられる第１支持部と、第１支持部上に支持される第１スクリーンとを有する第１スクリーン版を用いて、前記基材上にスクリーン印刷によって第１薄膜層を形成する第１工程と、
第１工程後に、第１薄膜層を加熱して架橋を進行させる第２工程と、
第２工程後に、第１薄膜層の両側に沿うように、かつ前記基材表面に接するように配される第２支持部と、第２支持部上に支持される第２スクリーンとを有する第２スクリーン版を用いて、前記基材上にスクリーン印刷によって第１薄膜層を覆うように第２薄膜層を形成する第３工程と、を有し、
第２支持部の厚みは、第１薄膜層の幅方向の両側付近における最も厚みが厚い部位の厚み以下で、第１薄膜層の両側に設けられる第２支持部における対向面間の幅は、第１薄膜層の幅以上であることを特徴とする。

本発明によれば、第１薄膜層については、短手方向の中央の厚みが薄く、幅方向の両側付近の厚みが厚くなる現象が生じる。しかしながら、第２工程により第１薄膜層の形状が安定した後に、第３工程によって、上記のように構成される第２スクリーン版を用いて第１薄膜層を覆うように第２薄膜層が形成される。これにより、第１薄膜層における短手方向の中央の厚みの薄い部分と、幅方向の両側付近の厚みが厚い部分の両側が第２薄膜層によって覆われた状態となる。

第２工程においては、第１薄膜層が完全に硬化せず、かつ、第１薄膜層の形状が崩れない程度まで第１薄膜層の架橋を進行させるとよい。

第２支持部の厚みは、第１薄膜層の幅方向の両側付近における最も厚みが厚い部位よりも０．０１ｍｍ以上薄く設定されるとよい。

また、第１薄膜層の両側に設けられる第２支持部における対向面間の幅は、第１薄膜層の幅よりも０．０５ｍｍ以上広く設定されるとよい。

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、ガスケットの厚みを均一化することができる。

図１は本発明の実施例に係る密封構造の断面図である。 図２は本発明の実施例に係るガスケットの平面図である。 図３は本発明の実施例に係るガスケットの製造方法の製造工程図である。 図４は本発明の実施例に係るガスケットの製造方法の製造工程図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、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。

（実施例）
図１～図４を参照して、本発明の実施例に係るガスケットの製造方法について説明する。なお、本実施例においては、燃料電池における基材としてのセパレータにガスケットを設ける場合について説明する。

＜密封構造＞
図１を参照して、本実施例に係る密封構造について説明する。図１は本発明の実施例に係る密封構造の断面図であり、より具体的には、燃料電池の断面図の一部を示したものである。燃料電池１０は、複数の単セルからなるセルスタックとして構成される。単セルは、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１００と、ＭＥＡ１００の両面にそれぞれ設けられる一対のセパレータ２００とにより構成される。ＭＥＡ１００は、電解質膜１１０と、電解質膜１１０の両面に備えられる一対のガス拡散層１２０とを備えている。また、基材としてのセパレータ２００は、金属やカーボン材料などにより構成される板状の部材である。このセパレータ２００には、燃料ガスや酸化剤ガスなどが流れる流路２０１が形成されている。

そして、単セルには、その外部に燃料ガスや酸化剤ガスなどが漏れるのを防ぐために、ゴム状弾性体製のガスケット２１０が設けられている。ガスケット２１０の材料としては、シリコーンゴム（ＶＭＱ），フッ素ゴム（ＦＫＭ）,ＥＰＤＭ，ブチルゴムなどを好適
な例として挙げることができる。このガスケット２１０によって、セパレータ２００と電解質膜１１０との間の隙間が封止される。

＜ガスケット＞
図１及び図２を参照して、ガスケット２１０について、より詳細に説明する。図２は本発明の実施例に係るセパレータ２００に設けられたガスケット２１０の平面図である。図１中のセパレータ２００及びガスケット２１０の断面図は、図２中のＡＡ断面図に相当す
る。

セパレータ２００には、セパレータ２００の表面に形成される流路２０１と、複数のマニホルド２０２とが設けられている。マニホルド２０２は、燃料ガス，酸化剤ガス、及び冷却液などを各セルに分配するために設けられている。

そして、上記の燃料ガスなどが外部などに漏れてしまうことを防止するために、流路２０１が形成されている領域の周囲、及びマニホルド２０２の周囲に、それぞれガスケット２１０がセパレータ２００に一体的に設けられている。すなわち、ガスケット２１０は、密封対象領域（流路２０１が形成された領域、及びマニホルド２０２が設けられた領域）を取り囲むように、セパレータ２００に対して、一体的に設けられている。なお、図２においては、ガスケット２１０が設けられている部位を太線にて示している。また、本実施例においては、セパレータ２００の両面にそれぞれガスケット２１０が設けられている。

＜ガスケットの製造方法＞
特に、図３及び図４を参照して、本実施例に係るガスケット２１０の製造方法について説明する。図３及び図４は本発明の実施例に係るガスケットの製造方法の製造工程図であり、各部材を断面図にて示している。

本実施例に係るガスケット２１０は、セパレータ２００の表面上に、スクリーン印刷によって形成される。また、本実施例に係る製造方法においては、１回目のスクリーン印刷による印刷工程（第１工程）と、加熱工程（第２工程）と、２回目のスクリーン印刷による印刷工程（第３工程）とを有する。以下、工程順に説明する。

＜＜第１工程＞＞
図３は第１工程の説明図である。第１工程においては、第１スクリーン版５１０を用いて、スクリーン印刷がなされる。第１スクリーン版５１０は、基材であるセパレータ２００の表面に接するように配される第１支持部（マスク）５１２と、第１支持部５１２上に支持されるメッシュ状の第１スクリーン５１１とを備えている。第１支持部５１２は、図２において、太線で示されるガスケット２１０の形成予定領域の両側に沿うように設けられる。また、第１支持部５１２は、乳剤（硬化された乳剤）により構成される。

このように構成される第１スクリーン版５１０を用いて、セパレータ２００の表面上に、スクリーン印刷により第１薄膜層２１１が形成される。スクリーン印刷においては、まず、第１支持部５１２がセパレータ２００の表面に接するように第１スクリーン版５１０がセパレータ２００上に配される。この状態で、第１スクリーン版５１０の表面側（第１スクリーン５１１の表面側）に、ガスケット材料２５０が供給される（図３（ａ）参照）。そして、スキージ６００が、セパレータ２００側に押圧されながら、第１スクリーン５１１の表面を摺動するように移動する（図中、右方向に移動する）。

これにより、スキージ６００により押し込まれるガスケット材料２５０の一部がメッシュ状の第１スクリーン５１１を通過して、セパレータ２００の表面上に押し出される（図３（ｂ）参照）。スキージ６００の先端がガスケット２１０の形成予定領域の両側に設けられた第１支持部５１２の一方側から他方側に至るまで移動することで、一方側の第１支持部５１２と他方側の第１支持部５１２の対向面間の領域全体にガスケット材料２５０が埋め込まれた状態となる。その後、第１スクリーン版５１０が取り外されることで、セパレータ２００の表面に第１薄膜層２１１が形成される（図３（ｃ）参照）。

以上のように形成された第１薄膜層２１１は、いわゆるサドル現象によって、短手方向（幅方向）の中央の厚みが薄く、幅方向の両側付近の厚みが厚くなる。便宜上、第１薄膜
層２１１の幅方向の両側付近における最も厚みが厚い部位の厚みをＨ１１、第１薄膜層２１１の中央の平坦な部位の厚みをＨ１２とする。また、第１薄膜層２１１の最大幅（セパレータ２００の表面に接する部位の幅）をＷ１とする。

＜＜第２工程＞＞
第１工程によって第１薄膜層２１１が形成された後に、この第１薄膜層２１１が加熱される。なお、加熱方法については、各種公知技術を適用することができる。この加熱によって、第１薄膜層２１１は架橋が進行する。ただし、この加熱工程においては、第１薄膜層２１１を完全に硬化させるのではなく、第１薄膜層の形状が崩れない程度まで第１薄膜層の架橋を進行させるのが望ましい。これにより、第１薄膜層２１１の形状が安定する。

＜＜第３工程＞＞
図４は第３工程の説明図である。第３工程においては、第２スクリーン版５２０を用いて、スクリーン印刷がなされる。第２スクリーン版５２０は、第１薄膜層２１１の両側に沿うように、かつセパレータ２００の表面に接するように配される第２支持部（マスク）５２２と、第２支持部５２２上に支持されるメッシュ状の第２スクリーン５２１とを備えている。なお、第２支持部５２２においても、図２において、太線で示されるガスケット２１０の形成予定領域の両側に沿うように設けられる。また、第２支持部５２２も、乳剤（硬化された乳剤）により構成される。

このように構成される第２スクリーン版５２０を用いて、セパレータ２００の表面上に、スクリーン印刷によって第１薄膜層２１１を覆うように第２薄膜層２１２が形成される。スクリーン印刷においては、まず、第２支持部５２２が第１薄膜層２１１の両側でセパレータ２００の表面に接するように第２スクリーン版５２０がセパレータ２００上に配される。この状態で、第２スクリーン版５２０の表面側（第２スクリーン５２１の表面側）に、ガスケット材料２５０が供給される（図４（ａ）参照）。そして、スキージ６００が、セパレータ２００側に押圧されながら、第２スクリーン５２１の表面を摺動するように移動する（図中、右方向に移動する）。

これにより、スキージ６００により押し込まれるガスケット材料２５０の一部がメッシュ状の第２スクリーン５２１を通過して、第１薄膜層２１１の表面に向けて押し出される（図４（ｂ）参照）。スキージ６００の先端が第１薄膜層２１１の両側に設けられた第２支持部５２２の一方側から他方側に至るまで移動することで、一方側の第２支持部５２２と他方側の第２支持部５２２の対向面間の領域のうち第１薄膜層２１１を除く領域にガスケット材料２５０が埋め込まれた状態となる。その後、第２スクリーン版５２０が取り外されることで、第１薄膜層２１１を覆うように第２薄膜層２１２が形成される（図４（ｃ）参照）。

ここで、第２スクリーン版５２０における第２支持部５２２の厚みＨ２０は、第１薄膜層２１１の幅方向の両側付近における上記の厚みＨ１１以下になるように設定されている。また、第１薄膜層２１１の両側に設けられる第２支持部５２２における対向面間の幅Ｗ２は、第１薄膜層２１１の幅Ｗ１以上になるように設定されている。

以上のように構成される第２スクリーン版５２０を用いて第１薄膜層２１１を覆うように第２薄膜層２１２が形成される。これにより、第１薄膜層２１１における短手方向の中央の厚みの薄い部分と、幅方向の両側付近の厚みが厚い部分の両側が第２薄膜層２１２によって覆われた状態となる。

第３工程によって、第２薄膜層２１２が形成された後に、第１薄膜層２１１及び第２薄膜層２１２が加熱される。なお、加熱方法については、各種公知技術を適用することがで
きる。この加熱によって、第１薄膜層２１１及び第２薄膜層２１２は架橋により硬化する。この加熱工程においては、第１薄膜層２１１及び第２薄膜層２１２の架橋が進み完全に硬化するように、第２工程における加熱時間よりも長い時間加熱される。

＜本実施例に係るガスケットの製造方法の優れた点＞
本実施例に係るガスケット２１０の製造方法によれば、第１薄膜層２１１については、短手方向の中央の厚みが薄く、幅方向の両側付近の厚みが厚くなる現象が生じる。しかしながら、第２工程により第１薄膜層２１１の形状が安定した後に、第３工程によって、第２スクリーン版５２０を用いて第１薄膜層２１１を覆うように第２薄膜層２１２が形成される。そして、この第２スクリーン版５２０における第２支持部５２２の厚みＨ２０は、第１薄膜層２１１の幅方向の両側付近における上記の厚みＨ１１以下になるように設定されている。また、第１薄膜層２１１の両側に設けられる第２支持部５２２における対向面間の幅Ｗ２は、第１薄膜層２１１の幅Ｗ１以上になるように設定されている。

従って、第２薄膜層２１２は、第１薄膜層２１１における短手方向の中央の厚みの薄い部分を覆うように設けられる。より具体的には、第２薄膜層２１２は、第１薄膜層２１１における幅方向の両側付近の厚みが厚い一対の部分の間の領域を埋めるように設けられる。上記の通り、Ｈ２０≦Ｈ１１を満たすため、スクリーン印刷中、第１薄膜層２１１における幅方向両側付近の厚みが厚い部分の先端はメッシュ状の第２スクリーン５２１に入り込んだ状態となる。これにより、この付近に供給されるガスケット材料２５０の供給量は少なく、中央付近に供給されるガスケット材料２５０の供給量は多くなる。

また、Ｗ２≧Ｗ１を満たすことで、第１薄膜層２１１における幅方向の両側付近の厚みが厚い部分の両側が第２薄膜層２１２によって覆われた状態となる。上記の通り、Ｈ２０≦Ｈ１１を満たすため、第２薄膜層２１２における幅方向の両側付近の厚みＨ３１が、Ｈ１１よりも厚くなってしまうことを抑制することができる。

以上より、第１薄膜層２１１及び第２薄膜層２１２により構成されるガスケット２１０の厚みを均一化することが可能となる。なお、図４（ｃ）に示すように、ガスケット２１０の幅方向の両側付近における最も厚みが厚い部位の厚みをＨ３１、ガスケット２１０の中央の平坦な部位の厚みをＨ３２とする。

ここで、幅５ｍｍ、厚み０．１ｍｍのガスケットを、シリコーンゴム（ＶＭＱ）を用いて、従来のように１回のスクリーン印刷を用いて製造した場合と、本実施例のように２回のスクリーン印刷を用いて製造した場合とを比較した結果について説明する。比較試験においては、２回目のスクリーン印刷に用いる第２スクリーン版５２０における第２支持部５２２の厚みＨ２０は、第１薄膜層２１１の両端付近における最も厚みが厚い部位よりも０．０１ｍｍだけ薄く設定した。つまり、Ｈ２０＝Ｈ１１－０．０１ｍｍに設定した。また、一対の第２支持部５２２における対向面間の幅Ｗ２は、第１薄膜層２１１の幅Ｗ１１よりも０．２ｍｍだけ広く設定した。つまり、Ｗ２＝Ｗ１＋０．２ｍｍに設定した。

これにより、従来の製法により製造されたガスケットにおける最も厚みの厚い部分と短手方向の中央の厚みの差（図３（ｃ）における（Ｈ１１－Ｈ１２）に相当）に対して、本実施例に係る製法により得られるガスケット２１０の上記厚みの差（図４（ｃ）における（Ｈ３１－Ｈ３２）に相当）を、２０％程度まで減少させることができた。なお、上記の比較試験においては、Ｈ２０＝Ｈ１１－０．０１ｍｍに設定し、Ｗ２＝Ｗ１＋０．２ｍｍに設定した場合を示した。しかしながら、本発明においては、Ｈ２０とＷ２の寸法設定については、特に限定されるものではない。例えば、Ｈ２０をＨ１１よりも０．０１ｍｍ以上薄く設定すると好適であり、Ｗ２はＷ１よりも０．０５ｍｍ以上広く設定すると好適である。

（その他）
上記実施例においては、燃料電池のセパレータにガスケットを設ける場合を例にして説明した。しかしながら、本発明に係るガスケットは、そのような用途に限定されることはない。例えば、金属ガスケットにおいて、金属ガスケット本体の表面上にゴム状弾性体製のガスケットを設ける場合にも適用可能である。

１０ 燃料電池
１００ ＭＥＡ
１１０ 電解質膜
１２０ ガス拡散層
２００ セパレータ
２０１ 流路
２０２ マニホルド
２１０ ガスケット
２５０ ガスケット材料
５１０ 第１スクリーン版
５１１ 第１スクリーン
５１２ 第１支持部
５２０ 第２スクリーン版
５２１ 第２スクリーン
５２２ 第２支持部
６００ スキージ

Claims (4)

1. 基材表面に接っし、かつガスケットの形成予定領域の両側に沿うように設けられる第１支持部と、第１支持部上に支持される第１スクリーンとを有する第１スクリーン版を用いて、前記基材上にスクリーン印刷によって第１薄膜層を形成する第１工程と、
   第１工程後に、第１薄膜層を加熱して架橋を進行させる第２工程と、
   第２工程後に、第１薄膜層の両側に沿うように、かつ前記基材表面に接するように配される第２支持部と、第２支持部上に支持される第２スクリーンとを有する第２スクリーン版を用いて、前記基材上にスクリーン印刷によって第１薄膜層を覆うように第２薄膜層を形成する第３工程と、を有し、
   第２支持部の厚みは、第１薄膜層の幅方向の両側付近における最も厚みが厚い部位の厚み以下で、第１薄膜層の両側に設けられる第２支持部における対向面間の幅は、第１薄膜層の幅以上であることを特徴とするガスケットの製造方法。
2. 第２工程においては、第１薄膜層が完全に硬化せず、かつ、第１薄膜層の形状が崩れない程度まで第１薄膜層の架橋を進行させることを特徴とする請求項１に記載のガスケットの製造方法。
3. 第２支持部の厚みは、第１薄膜層の幅方向の両側付近における最も厚みが厚い部位よりも０．０１ｍｍ以上薄く設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のガスケットの製造方法。
4. 第１薄膜層の両側に設けられる第２支持部における対向面間の幅は、第１薄膜層の幅よりも０．０５ｍｍ以上広く設定されることを特徴とする請求項１，２または３に記載のガスケットの製造方法。

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