JP2023033807A - Manufacturing method of gasket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスケットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a gasket.
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。 BACKGROUND ART Conventionally, there has been known a method of manufacturing a gasket having a flat surface by screen printing on a base material such as a separator provided in a fuel cell. In screen printing, it is known that a phenomenon (called a saddle phenomenon) occurs in which the thickness in the center in the width direction is thin and the thickness in the vicinity of both sides in the width direction is thick. If such a phenomenon occurs, there is a risk that the sealing performance will deteriorate.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gasket that can uniformize the thickness of the gasket.
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。 The present invention employs the following means to solve the above problems.
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。
That is, the method for manufacturing the gasket of the present invention includes:
Using a first screen plate having a first support portion that is in contact with the surface of the base material and provided along both sides of the region where the gasket is to be formed, and a first screen that is supported on the first support portion , a first step of forming a first thin film layer on the substrate by screen printing;
After the first step, a second step of heating the first thin film layer to promote cross-linking;
After the second step, a second supporting portion arranged along both sides of the first thin film layer and in contact with the substrate surface, and a second screen supported on the second supporting portion. a third step of forming a second thin film layer on the substrate by screen printing using a two-screen plate so as to cover the first thin film layer;
The thickness of the second supporting portion is equal to or less than the thickness of the thickest portions near both sides in the width direction of the first thin film layer, and the width between the facing surfaces of the second supporting portions provided on both sides of the first thin film layer is It is characterized by being equal to or larger than the width of the first thin film layer.
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。 According to the present invention, in the first thin film layer, a phenomenon occurs in which the thickness in the center in the width direction is thin and the thickness in the vicinity of both sides in the width direction is thick. However, after the shape of the first thin film layer is stabilized by the second step, the second thin film layer is formed by the third step so as to cover the first thin film layer using the second screen plate configured as described above. be done. As a result, both sides of the thin central portion in the width direction of the first thin film layer and the thick portions near both sides in the width direction of the first thin film layer are covered with the second thin film layer.
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。 In the second step, the cross-linking of the first thin film layer is preferably allowed to progress to such an extent that the first thin film layer is not completely cured and the shape of the first thin film layer is not deformed.
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。 The thickness of the second supporting portion is preferably set to be 0.01 mm or more thinner than the thickest portions near both sides in the width direction of the first thin film layer.
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。 Also, the width between the facing surfaces of the second supporting portions provided on both sides of the first thin film layer is preferably set to be wider than the width of the first thin film layer by 0.05 mm or more.
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。 In addition, each of the above configurations can be employed in combination as much as possible.
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。 As explained above, according to the present invention, the thickness of the gasket can be made uniform.
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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below based on an embodiment with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to them, unless otherwise specified. .
(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。
(Example)
A method of manufacturing a gasket according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. In this embodiment, a case where a gasket is provided on a separator as a base material in a fuel cell will be described.
<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。
<Sealed structure>
A sealing structure according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a sealing structure according to an embodiment of the present invention, and more specifically, shows a part of a cross-sectional view of a fuel cell. The
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。
Each unit cell is provided with a
<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。
<Gasket>
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。
The
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。
<Manufacturing method of gasket>
Particularly, with reference to FIGS. 3 and 4, a method of manufacturing the
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。
The
<<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。
<<First step>>
FIG. 3 is an explanatory diagram of the first step. In the first step, screen printing is performed using the
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)。
Using the
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)。
As a result, part of the
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。
Due to the so-called saddle phenomenon, the first
<<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。
<<Second step>>
After the first
<<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。
<<Third step>>
FIG. 4 is an explanatory diagram of the third step. In the third step, screen printing is performed using the
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)。
Using the
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)。
As a result, part of the
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。
Here, the thickness H20 of the second supporting
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。
The second
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。
After the second
<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。
<Excellent points of the method for manufacturing a gasket according to the present embodiment>
According to the manufacturing method of the
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。
Therefore, the second
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。
Moreover, by satisfying W2≧W1, both sides of the thick portions near both sides in the width direction of the first
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。
As described above, the thickness of the
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。
Here, a case where a gasket with a width of 5 mm and a thickness of 0.1 mm is manufactured using silicone rubber (VMQ) using one screen printing as in the conventional case, and two screen printings as in the present embodiment The result of comparison with the case of manufacturing using printing will be described. In the comparative test, the thickness H20 of the
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。
As a result, the thickness difference between the thickest part and the center in the width direction (corresponding to (H11-H12) in FIG. 3(c)) in the gasket manufactured by the conventional manufacturing method, The thickness difference (corresponding to (H31-H32) in FIG. 4(c)) of the
(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。
(others)
In the above embodiment, the case where the gasket is provided on the separator of the fuel cell has been described as an example. However, gaskets according to the present invention are not limited to such uses. For example, in metal gaskets, the present invention can be applied to the case where a rubber-like elastic gasket is provided on the surface of the metal gasket main body.
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
10
110
Claims (4)
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。 Using a first screen plate having a first support portion that is in contact with the surface of the base material and provided along both sides of the region where the gasket is to be formed, and a first screen that is supported on the first support portion , a first step of forming a first thin film layer on the substrate by screen printing;
After the first step, a second step of heating the first thin film layer to promote cross-linking;
After the second step, a second supporting portion arranged along both sides of the first thin film layer and in contact with the substrate surface, and a second screen supported on the second supporting portion. a third step of forming a second thin film layer on the substrate by screen printing using a two-screen plate so as to cover the first thin film layer;
The thickness of the second supporting portion is equal to or less than the thickness of the thickest portions near both sides in the width direction of the first thin film layer, and the width between the facing surfaces of the second supporting portions provided on both sides of the first thin film layer is A method of manufacturing a gasket, wherein the width of the gasket is greater than or equal to that of the first thin film layer.
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