JP7334128B2 - ガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータに形成されるガスケットの製造方法に関する。

従来、燃料電池用セパレータ上に、スクリーン印刷などの各種方法によりガスケットを形成する方法が知られている。また、このような技術において、密封性を高めるために、セパレータにビードを設けて、このビード上にガスケットを形成する技術が知られている。

図４を参照して、従来例に係るガスケットの製造方法について説明する。図４は従来例に係るガスケットの製造方法により製造されるガスケットの模式的断面図であり、同図（ａ）は適正にガスケットが製造された場合の状態を示し、同図（ｂ）は製造過程で不具合が生じた場合の状態を示している。

図示の燃料電池用セパレータ５１０にはビード５２０が設けられている。このビード５２０の上に弾性体製のガスケット６００を設けることにより、密封性を高めることができる。そして、密封性を高めるためには、ビード５２０上の正確な位置に、かつ所望の高さｔのガスケット６００を設ける必要がある。このガスケット６００は、一般的に、液状ゴムが硬化することにより形成される。また、スクリーン印刷，ディスペンサーによる塗布、及びインクジェット方式などの各種手法により、ビード５２０に沿うようにビード５２０の上に液状ゴムが塗布され、塗布された液状ゴムが硬化することにより、ガスケット６００が形成される。

ビード５２０の上に塗布された液状ゴムは、その表面張力によって、塗布された際の形状が維持されたまま硬化されることで、所望の形状のガスケット６００が形成される（図４（ａ）参照）。しかしながら、何らかの原因で、塗布された液状ゴムの形状が維持されず、ビード５２０の下方へと液状ゴムが流れ落ちてしまうことがある。図４（ｂ）は、ビード５２０の下方に一部（図中、６１０Ｘに示す部分）が流れ落ちてしまった液状ゴム６１０の状態を示している。特に、液状ゴムの粘性が低かったり、所望の高さｔが高かったりする場合に、このような現象が生じてしまい易い。液状ゴムが流れ落ちてしまうと、所望の寸法形状のガスケット６００が得られず、不良品となってしまうため、生産性が低下してしまう。

国際公開第２００７／１０９１４号

本発明の目的は、生産性の向上を図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、
燃料電池用セパレータに設けられたビード上に形成される弾性体製のガスケットの製造
方法において、
液状ゴムを用いて、前記ビード上に、幅方向に間隔を空けて、前記ガスケットの一部となる一対の第１薄膜層を形成する第１工程と、
液状ゴムを用いて、前記一対の第１薄膜層の間に、これら一対の第１薄膜層の一部とそれぞれ重なるように、前記ガスケットの一部となる第２薄膜層を形成する第２工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、一対の第１薄膜層を形成した後に、一対の第１薄膜層の間に、これら一対の第１薄膜層の一部とそれぞれ重なるように第２薄膜層を形成する手法を採用している。これにより、所望の寸法形状のガスケットを形成させるために、液状ゴムを一度だけ塗布する場合に比べて、１回に塗布する液状ゴムの量を少なくすることができ、ビードの下方に液状ゴムが流れ落ちてしまうことを抑制できる。

以上説明したように、本発明によれば、生産性の向上を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係る燃料電池用セパレータの平面図である。 図２は本発明の実施例に係る燃料電池の一部を示す模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係るガスケットの製造工程図である。 図４は従来例に係るガスケットの製造方法により製造されるガスケットの模式的断面図である。

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３を参照して、本発明の実施例に係る燃料電池用セパレータ（以下、適宜、「セパレータ１００」と称する）に設けられたビード上に形成される弾性体製のガスケットの製造方法について説明する。図１は本発明の実施例に係る燃料電池用セパレータの平面図である。図２は本発明の実施例に係る燃料電池の一部を示す模式的断面図である。なお、図２中の一対のセパレータ１００のうち下方のセパレータ１００は、図１中のＡＡ断面図に相当する。図３は本発明の実施例に係るガスケットの製造工程図である。なお、図３に示すセパレータ１００は、図１中のＡＡ断面図に相当する。

＜燃料電池＞
図２を参照して、本実施例に係るセパレータ１００を備える燃料電池について説明する。一般的に、燃料電池は、複数の単セルからなるセルスタックとして構成される。図２においては、単セル１０の模式的断面図を示している。単セル１０は、一対のセパレータ１００と、これら一対のセパレータ１００の間に設けられるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とを備えている。ＭＥＡは、電解質膜２００と、電解質膜２００の両面に備えられる一対のガス拡散層３００とを備えている。また、セパレータ１００は、金属などにより構成される板状の部材により構成される。このセパレータ１００には、燃料ガスや酸化剤ガスなどが流れる流路１２０が形成されている。

そして、単セル１０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１５０が設けられている。ガスケット１５０の材料とし
ては、シリコンゴム，フッ素ゴム，ＥＰＤＭ及びブチルゴムなどを好適な例として挙げることができる。そして、ガスケット１５０は、セパレータ１００に形成されたビード１３０上に設けられている。このガスケット１５０によって、セパレータ１００と電解質膜２００との間の隙間が封止される。

＜セパレータ＞
特に、図１を参照して、燃料電池（単セル１０）に備えられるセパレータ１００について、より詳細に説明する。セパレータ１００には、複数のマニホルド１１０と、セパレータ１００の表面に形成される流路１２０とが設けられている。本実施例に係るセパレータ１００は金属により構成される。ただし、セパレータ１００の材料として、カーボン材料の他、樹脂材料なども採用し得る。セパレータ１００に設けられるマニホルド１１０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。また、セパレータ１００の表面に形成される流路１２０は、燃料ガスや酸化剤ガスなどが流れる流路として用いられる。

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、マニホルド１１０の周囲、及び流路１２０が形成されている領域の周囲には、それぞれ弾性体製のガスケット１５０がセパレータ１００に一体的に設けられている。なお、図１においては、ガスケット１５０が設けられている部位を太線にて示している。一般的に、密封性を高めるために、セパレータ１００にビード１３０が設けられて、このビード１３０の上にガスケット１５０が形成される。すなわち、セパレータ１００には、マニホルド１１０の周囲、及び流路１２０が形成されている領域の周囲に、それぞれビード１３０が形成され、これらのビード１３０の上にそれぞれ弾性体製のガスケット１５０が形成される。

＜ガスケットの製造方法＞
特に、図３を参照して、本実施例に係るガスケット１５０の製造方法について説明する。本実施例に係るガスケットの製造方法は、概略、セパレータ１００のビード１３０の上に液状ゴムを塗布する工程と、塗布された液状ゴムを架橋により硬化させる工程とを有する。なお、本実施例に係る「液状ゴムを塗布する工程」において、液状ゴムの塗布の仕方については、スクリーン印刷，ディスペンサーによる塗布、及びインクジェット方式などの各種手法を採用することができる。そして、本実施例に係る「液状ゴムを塗布する工程」においては、以下の「第１工程」と「第２工程」とを有している。

＜＜第１工程＞＞
本実施例に係る「液状ゴムを塗布する工程」においては、まず、セパレータ１００のビード１３０の上に、液状ゴムを用いて、幅方向に間隔を空けて、一対の第１薄膜層１５１，１５２が形成される。すなわち、スクリーン印刷などにより、ビード１３０に沿うように、かつ、幅方向に間隔を空けて、液状ゴムが塗布されることで、一対の第１薄膜層１５１，１５２が形成される。なお、第１薄膜層１５１と第１薄膜層１５２は、液状ゴムの塗布方法に応じて、別々に形成してもよいし、同時に形成してもよい。これら一対の第１薄膜層１５１，１５２は、架橋により硬化された後に、ガスケット１５０の一部となる部分である。なお、第１薄膜層１５１における第１薄膜層１５２から離れた側の端から、第１薄膜層１５２における第１薄膜層１５１から離れた側の端までの距離Ｈ１は、ガスケット１５０の幅とおおよそ等しい。また、第１薄膜層１５１，１５２におけるビード１３０の頂部からの高さｔ０は、ガスケット１５０におけるビード１３０の頂部からの高さよりも低い。なお、図３（ａ）は、第１工程が完了した後の状態を示している。

＜＜第２工程＞＞
第１工程の後に、液状ゴムを用いて、一対の第１薄膜層１５１，１５２の間に、これら一対の第１薄膜層１５１，１５２の一部とそれぞれ重なるように、第２薄膜層１５３が形
成される。すなわち、スクリーン印刷などにより、一対の第１薄膜層１５１，１５２に沿うように、液状ゴムが塗布されることで、これら一対の第１薄膜層１５１，１５２の間に、第２薄膜層１５３が形成される。第２薄膜層１５３も、架橋により硬化された後に、ガスケット１５０の一部となる部分である。第２薄膜層１５３におけるビード１３０の頂部からの高さｔ１は、ガスケット１５０におけるビード１３０の頂部からの高さとおおよそ等しい。なお、図３（ｂ）は、第２工程が完了した後の状態を示している。

第２工程後、液状ゴムが架橋により硬化されることで、上記の通り、ガスケット１５０が形成される。ビード１３０の寸法形状にも左右されるが、ガスケット１５０の幅は１ｍｍ～３ｍｍ程度であり、ガスケット１５０におけるビード１３０の頂部からの高さは、２０μｍ～２００μｍ程度である。

＜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１５０の製造方法によれば、一対の第１薄膜層１５１，１５２を形成した後（第１工程後）に、一対の第１薄膜層１５１，１５２の間に、これら一対の第１薄膜層１５１，１５２の一部とそれぞれ重なるように第２薄膜層１５３を形成する（第２工程）手法を採用している。これにより、所望の寸法形状のガスケット１５０を形成させるために、液状ゴムを一度だけ塗布する場合に比べて、１回に塗布する液状ゴムの量を少なくすることができる。そのため、ビード１３０の下方に液状ゴムが流れ落ちてしまうことを抑制できる。特に、第２工程において、所望の高さとなるように液状ゴムを塗布して第２薄膜層１５３を形成しても、予め形成されている一対の第１薄膜層１５１，１５２によって、液状ゴムが堰き止められ、流れ落ちてしまうことを抑制することができる。従って、生産性の向上を図ることができる。

ここで、第２薄膜層１５３の形成は、一対の第１薄膜層１５１，１５２が硬化する前に行うことができる。すなわち、第２薄膜層１５３を形成するための液状ゴムの量は少ないため、一対の第１薄膜層１５１，１５２の表面張力により、液状ゴムが流れ落ちてしまうことを抑制することができる。ただし、本発明においては、一対の第１薄膜層１５１，１５２が硬化した後に、第２薄膜層１５３を形成する場合の態様も含まれる。

（その他）
上記実施例においては、一対の第１薄膜層１５１，１５２と第２薄膜層１５３が硬化することによりガスケット１５０が形成される場合の構成について示した。しかしながら、本発明においては、更に薄膜層を重ねて形成する場合も含む。すなわち、一対の第１薄膜層１５１，１５２と第２薄膜層１５３だけでは、所望の高さのガスケットを得られない場合には、これら一対の第１薄膜層１５１，１５２と第２薄膜層１５３の表面側に、更に薄膜層を形成することで、より高さの高いガスケットを形成することができる。この場合、第２工程後に、スクリーン印刷などにより、一対の第１薄膜層１５１，１５２と第２薄膜層１５３の表面側に、更に、液状ゴムを塗布すればよい。なお、所望のガスケットの高さに応じて、上記の第１工程と第２工程を所定回数繰り返すことで、ガスケットの高さを高くすることができる。また、少しだけガスケットの高さを高くする場合には、第２工程の後に、幅方向の中央付近（第２薄膜層１５３の表面付近）に１層のみ薄膜層を形成することも可能である。なお、第１工程と第２工程を繰り返す場合には、液状ゴムが硬化した後に、次の第１工程と第２工程を行うとよい。ただし、液状ゴムが流れ落ちないのであれば、液状ゴムが硬化する前に、次の第１工程と第２工程を引き続き行うことができる。

１０ 単セル
１００ セパレータ
１１０ マニホルド
１２０ 流路
１３０ ビード
１５０ ガスケット
１５１，１５２ 第１薄膜層
１５３ 第２薄膜層
２００ 電解質膜
３００ ガス拡散層

Claims (1)

1. 燃料電池用セパレータに設けられたビード上に形成される弾性体製のガスケットの製造方法において、
   液状ゴムを用いて、前記ビード上に、幅方向に間隔を空けて、前記ガスケットの一部となる一対の第１薄膜層を形成する第１工程と、
   液状ゴムを用いて、前記一対の第１薄膜層の間に、これら一対の第１薄膜層の一部とそれぞれ重なるように、前記ガスケットの一部となる第２薄膜層を形成する第２工程と、
   を有することを特徴とするガスケットの製造方法。

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