JP7334128B2 - Gasket manufacturing method - Google Patents

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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。 The present invention relates to a method for manufacturing a gasket formed on a separator for fuel cells.

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。 Conventionally, a method of forming a gasket on a fuel cell separator by various methods such as screen printing is known. Moreover, in such a technique, a technique is known in which a separator is provided with a bead and a gasket is formed on the bead in order to improve the sealing performance.

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。 A method of manufacturing a conventional gasket will be described with reference to FIG. 4A and 4B are schematic cross-sectional views of a gasket manufactured by a conventional gasket manufacturing method, in which FIG. It shows the state when a problem occurs in the process.

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。 A bead 520 is provided on the illustrated fuel cell separator 510 . By providing an elastic gasket 600 on the bead 520, the sealing performance can be improved. In order to improve the sealing performance, it is necessary to provide the gasket 600 at a precise position on the bead 520 and with a desired height t. This gasket 600 is generally formed by curing liquid rubber. Liquid rubber is applied on the bead 520 along the bead 520 by various methods such as screen printing, application by a dispenser, and an inkjet method, and the applied liquid rubber is cured to form the gasket 600. be done.

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。 The liquid rubber applied on the bead 520 is hardened by its surface tension while maintaining the shape when applied, thereby forming a gasket 600 with a desired shape (Fig. 4(a)). reference). However, for some reason, the shape of the applied liquid rubber may not be maintained, and the liquid rubber may flow down below the bead 520 . FIG. 4(b) shows the state of the liquid rubber 610 in which a portion (the portion indicated by 610X in the figure) has flowed down below the bead 520. As shown in FIG. In particular, when the viscosity of the liquid rubber is low or the desired height t is high, such a phenomenon is likely to occur. If the liquid rubber runs down, the gasket 600 having the desired dimensions and shape cannot be obtained, resulting in a defective product, which lowers productivity.

国際公開第2007/10914号WO 2007/10914

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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gasket manufacturing method capable of improving productivity.

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、
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。
That is, the method for manufacturing the gasket of the present invention includes:
In a method for manufacturing an elastic gasket formed on a bead provided on a fuel cell separator,
a first step of forming a pair of first thin film layers to be a part of the gasket on the bead with a gap in the width direction using liquid rubber;
A second step of forming a second thin film layer, which will be a part of the gasket, between the pair of first thin film layers using liquid rubber so as to overlap with a part of the pair of first thin film layers. and,
characterized by having

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。 According to the present invention, after forming a pair of first thin film layers, a second thin film layer is formed between the pair of first thin film layers so as to partially overlap with the pair of first thin film layers. is employed. As a result, in order to form a gasket having a desired size and shape, the amount of liquid rubber to be applied at one time can be reduced compared to the case where the liquid rubber is applied only once. You can prevent it from falling off.

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。 As described above, according to the present invention, productivity can be improved.

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。FIG. 1 is a plan view of a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing part of a fuel cell according to an embodiment of the invention. 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。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a gasket according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a gasket manufactured by a conventional gasket manufacturing method.

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, unless otherwise specified, 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. .

(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。
(Example)
1 to 3, manufacture of an elastic gasket formed on a bead provided in a fuel cell separator (hereinafter referred to as "separator 100" as appropriate) according to an embodiment of the present invention. I will explain how. FIG. 1 is a plan view of a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing part of a fuel cell according to an embodiment of the invention. 2 corresponds to the AA cross-sectional view in FIG. FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a gasket according to an embodiment of the present invention. Note that the separator 100 shown in FIG. 3 corresponds to the AA cross-sectional view in FIG.

<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。
<Fuel cell>
A fuel cell including the separator 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. A fuel cell is generally configured as a cell stack consisting of a plurality of single cells. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the unit cell 10. As shown in FIG. The single cell 10 includes a pair of separators 100 and an MEA (Membrane Electrode Assembly) provided between the pair of separators 100 . The MEA comprises an electrolyte membrane 200 and a pair of gas diffusion layers 300 provided on both sides of the electrolyte membrane 200 . Further, the separator 100 is configured by a plate-like member made of metal or the like. The separator 100 is formed with a channel 120 through which a fuel gas, an oxidant gas, or the like flows.

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。
The single cell 10 is provided with a gasket 150 made of a rubber-like elastic material to prevent fuel gas, oxidant gas, and the like from leaking to the outside. Suitable examples of the material of the gasket 150 include silicon rubber, fluororubber, EPDM and butyl rubber. Gasket 150 is provided on bead 130 formed in separator 100 . This gasket 150 seals the gap between the separator 100 and the electrolyte membrane 200 .

<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。
<Separator>
In particular, referring to FIG. 1, the separator 100 provided in the fuel cell (single cell 10) will be described in more detail. The separator 100 is provided with a plurality of manifolds 110 and channels 120 formed on the surface of the separator 100 . The separator 100 according to this embodiment is made of metal. However, as the material of the separator 100, a resin material or the like can be used in addition to the carbon material. A manifold 110 provided in the separator 100 is provided to distribute fuel gas, oxidant gas, cooling liquid, and the like to each cell. Further, the channel 120 formed on the surface of the separator 100 is used as a channel through which the fuel gas, the oxidant gas, and the like flow.

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。 In order to prevent the fuel gas from leaking to the outside, gaskets 150 made of an elastic material are provided around the manifold 110 and around the area where the flow path 120 is formed. 100 is integrally provided. In addition, in FIG. 1, the portion where the gasket 150 is provided is indicated by a thick line. In general, the separator 100 is provided with a bead 130 and a gasket 150 is formed on the bead 130 to improve sealing. That is, in the separator 100, beads 130 are formed around the manifold 110 and around the region where the flow path 120 is formed, and an elastic gasket 150 is formed on each of these beads 130. be.

<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。
<Manufacturing method of gasket>
In particular, referring to FIG. 3, a method of manufacturing the gasket 150 according to this embodiment will be described. The manufacturing method of the gasket according to this embodiment generally includes a step of applying liquid rubber onto the beads 130 of the separator 100 and a step of curing the applied liquid rubber by crosslinking. In addition, in the "step of applying liquid rubber" according to the present embodiment, various methods such as screen printing, application by a dispenser, and an ink jet method can be adopted as the method of applying the liquid rubber. The "step of applying liquid rubber" according to this embodiment includes the following "first step" and "second step".

<<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。
<<First step>>
In the "process of applying liquid rubber" according to the present embodiment, first, a pair of first thin film layers 151 and 152 are formed on the bead 130 of the separator 100 using liquid rubber with a gap in the width direction. is formed. That is, a pair of first thin film layers 151 and 152 are formed by applying liquid rubber along the bead 130 with a gap in the width direction by screen printing or the like. The first thin film layer 151 and the first thin film layer 152 may be formed separately or simultaneously depending on the method of applying the liquid rubber. These pair of first thin film layers 151 and 152 are portions that become a part of the gasket 150 after they are cured by cross-linking. The distance H1 from the end of the first thin film layer 151 away from the first thin film layer 152 to the end of the first thin film layer 152 away from the first thin film layer 151 is approximately equal to the width of the gasket 150. equal. Also, the height t0 of the first thin film layers 151 and 152 from the top of the bead 130 is lower than the height of the gasket 150 from the top of the bead 130 . Note that FIG. 3A shows the state after the first step is completed.

<<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。
<<Second step>>
After the first step, liquid rubber is used to form a second thin film layer 153 between the pair of first thin film layers 151 and 152 so as to partially overlap the pair of first thin film layers 151 and 152 . It is formed. That is, by applying liquid rubber along the pair of first thin film layers 151 and 152 by screen printing or the like, the second thin film layer 153 is formed between the pair of first thin film layers 151 and 152. It is formed. The second thin film layer 153 is also part of the gasket 150 after it is cured by cross-linking. The height t1 of the second thin film layer 153 from the top of the bead 130 is approximately equal to the height of the gasket 150 from the top of the bead 130 . In addition, FIG.3(b) has shown the state after the 2nd process was completed.

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。 After the second step, the liquid rubber is cured by cross-linking to form the gasket 150 as described above. The width of the gasket 150 is about 1 mm to 3 mm, and the height of the gasket 150 from the top of the bead 130 is about 20 μm to 200 μm, depending on the size and shape of the bead 130 .

<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。
<Excellent points of the method for manufacturing a gasket according to the present embodiment>
According to the method for manufacturing the gasket 150 according to the present embodiment, after forming the pair of first thin film layers 151 and 152 (after the first step), the pair of A second thin film layer 153 is formed so as to partially overlap the first thin film layers 151 and 152 (second step). Thereby, in order to form the gasket 150 with desired dimensions and shape, the amount of liquid rubber to be applied at one time can be reduced as compared with the case where the liquid rubber is applied only once. Therefore, it is possible to suppress the liquid rubber from flowing down below the bead 130 . In particular, in the second step, even if the second thin film layer 153 is formed by applying the liquid rubber to a desired height, the liquid rubber is prevented by the pair of first thin film layers 151 and 152 that have been formed in advance. It is possible to prevent the water from being dammed and flowing down. Therefore, productivity can be improved.

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。 Here, the second thin film layer 153 can be formed before the pair of first thin film layers 151 and 152 are cured. That is, since the amount of liquid rubber for forming the second thin film layer 153 is small, it is possible to suppress the liquid rubber from flowing down due to the surface tension of the pair of first thin film layers 151 and 152 . However, the present invention also includes a mode in which the second thin film layer 153 is formed after the pair of first thin film layers 151 and 152 are cured.

(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。
(others)
In the above embodiment, the configuration in which the gasket 150 is formed by curing the pair of first thin film layers 151 and 152 and the second thin film layer 153 is shown. However, in the present invention, the case of forming further thin film layers is also included. That is, if the desired height of the gasket cannot be obtained with only the pair of first thin film layers 151, 152 and second thin film layer 153, these pair of first thin film layers 151, 152 and second thin film layer 153 may be used. By further forming a thin film layer on the surface side, a higher gasket can be formed. In this case, after the second step, the surface side of the pair of first thin film layers 151 and 152 and the second thin film layer 153 may be further coated with liquid rubber by screen printing or the like. The height of the gasket can be increased by repeating the first step and the second step a predetermined number of times depending on the desired height of the gasket. Further, when the height of the gasket is slightly increased, it is also possible to form only one thin film layer near the center in the width direction (near the surface of the second thin film layer 153) after the second step. . In addition, when repeating the 1st process and the 2nd process, it is good to perform the following 1st process and the 2nd process after the liquid rubber hardens. However, if the liquid rubber does not flow down, the next steps 1 and 2 can be continued before the liquid rubber hardens.

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
10 single cell 100 separator 110 manifold 120 channel 130 bead 150 gasket 151, 152 first thin film layer 153 second thin film layer 200 electrolyte membrane 300 gas diffusion layer

Claims (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。
In a method for manufacturing an elastic gasket formed on a bead provided on a fuel cell separator,
a first step of forming a pair of first thin film layers to be a part of the gasket on the bead with a gap in the width direction using liquid rubber;
A second step of forming a second thin film layer, which will be a part of the gasket, between the pair of first thin film layers using liquid rubber so as to overlap with a part of the pair of first thin film layers. and,
A method for manufacturing a gasket, comprising:
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