JP7411466B2 - ゴムシールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゴムシールの製造方法に関する。

燃料電池は、アノード電極、固体高分子電解質膜及びカソード電極を積層した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡを挟持するバイポーラ板である一対の金属セパレータとを備える。金属セパレータは、ＭＥＡとの接触箇所の間に、発電に使用する反応ガスを流通するための流路を有し、またＭＥＡとの間でシールを形成して反応ガスの漏れを防止する。

この種の金属セパレータの中には、上記のシールを形成するために、セパレータ面から一体でメタルビード（ビードベース）を突出させたものがある（特許文献１参照）。また、特許文献１に開示されている金属セパレータのビードベースには、スクリーン印刷によりマイクロシール（ゴムシール）が設けられる。

米国特許出願公開第２０１８／０２１２２５９号明細書

スクリーン印刷では、ビードベース形成後のワークをスクリーンの下方にセットしてスクリーンの開口をビードベースに対向させた後、ゴム形成用の液状材料をスクリーン上に充填し、スクリーンの面方向にスキージを移動させる。スクリーンの開口は、複数の金属細線が交差したメッシュを露出している。スキージは、開口の通過時にメッシュの開孔を通して液状材料を下方に押し出すことで、ビードベースに液状材料を塗布する。

金属セパレータのシール用ビードは、ビードベース上に充分な膜厚を有するゴムシールを形成する必要がある。しかしながら、従来のスキージは、スクリーンの面方向の移動中にゴムシール形成用の液状材料を多量に押し出すことが難しく、また厚く塗布した液状材料の厚さにバラつきが生じ易いという不都合があった。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、スキージによるゴムシール形成用の液状材料の押出量をより安定化させ、厚み及び形状の安定性が改善されたゴムシールを製造することができるゴムシールの製造方法、及びゴムシールを形成するスクリーン印刷装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、凸部を有するワークの上方に、開口を有するスクリーンを配置する配置工程と、前記スクリーンの面方向に移動するスキージを用いて、前記開口を通してゴムシール形成用の液状材料を前記凸部の頂部に塗布する塗布工程とを有するゴムシールの製造方法であって、前記スキージは、ゴム部と、前記ゴム部を一端に固定した板部とを備え、前記塗布工程では、前記スクリーンに前記ゴム部を押し当て且つ前記スクリーンに向かって湾曲した凸形状となるように前記板部を弾性変形させた状態で、前記スキージを前記面方向に移動させる。

また前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、凸部を有するワークの上方に配置され、開口を有するスクリーンと、前記開口においてゴムシール形成用の液状材料を押し出すスキージと、前記スキージを前記スクリーンの面方向に移動させる移動機構とを備え、前記スクリーンの前記開口を通して前記液状材料を前記凸部の頂部に塗布するスクリーン印刷装置であって、前記スキージは、ゴム部と、前記ゴム部を一端に固定した板部とを備え、前記移動機構は、前記ゴム部を前記スクリーンに押し当て且つ前記スクリーンに向かって湾曲した凸形状となるように前記板部を弾性変形させた状態で、前記スキージを前記面方向に移動させる。

上記のゴムシールの製造方法、及びゴムシールを形成するスクリーン印刷装置は、スキージによるゴムシール形成用の液状材料の押出量をより安定化させ、厚み及び形状の安定性が改善されたゴムシールを製造することができる。

本発明の一実施形態に係るゴムシールの製造方法が適用される金属セパレータ及び、金属セパレータが適用される燃料電池の分解斜視図である。 ゴムシールを有するシール用ビードの断面図である。 ゴムシールを形成するスクリーン印刷装置の部分断面図である。 金属セパレータの製造方法を示すフローチャートである。 図５Ａは、第１凸部形成工程の動作を示す説明図である。図５Ｂは、ビードベース上に第１凸部が形成された状態を示す説明図である。 図６Ａは、第２凸部形成工程の動作を示す説明図である。図６Ｂは、ビードベース上に第２凸部が形成された状態を示す説明図である。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係るゴムシール７０の製造方法として、図１及び図２に示すように、燃料電池１２（発電セル）の金属セパレータ１０のシール用ビード５０に対してゴムシール７０を形成する場合について説明する。なお、本発明は、金属セパレータ１０のゴムシール７０の製造方法に限定されず、凸部を有し、当該凸部の頂部にゴムシール７０が形成される種々のワークに対して適用することができる。

燃料電池１２は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体１４（以下、樹脂枠付きＭＥＡ１４という）を一対の金属セパレータ１０（１１Ａ、１１Ｂ）で挟み込むことにより構成される。燃料電池１２は、一方の金属セパレータ１１Ａと樹脂枠付きＭＥＡ１４の間に水素等の燃料ガスを流通する一方で、他方の金属セパレータ１１Ｂと樹脂枠付きＭＥＡ１４の間に酸素等の酸化剤ガスを流通し、これら燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行う。

例えば、燃料電池１２は、矢印Ｂ方向に沿って横長（又は縦長）の長方形状を呈している。また燃料電池１２は、矢印Ｂ方向に横長（又は縦長）の長方形状に形成されている。この燃料電池１２は、複数用意されて、矢印Ａ方向に積層されることにより、図示しない燃料電池スタックに構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用として燃料電池車両に搭載される。

金属セパレータ１０と共に燃料電池１２を構成する樹脂枠付きＭＥＡ１４は、電解質膜・電極構造体２０（以下、「ＭＥＡ２０」という）と、ＭＥＡ２０の矢印Ｂ方向及び矢印Ｃ方向の外周部に接合されて当該外周部を周回する樹脂枠部材２８とを備える。なお、燃料電池１２は、樹脂枠部材２８を用いることなく、後記の電解質膜２２を電極２４、２６の外方（矢印Ｂ方向且つ矢印Ｃ方向）に突出させた構成でもよい。

ＭＥＡ２０は、電解質膜２２と、電解質膜２２の一方面に設けられるアノード電極２４と、電解質膜２２の他方面に設けられるカソード電極２６とを有する。電解質膜２２は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）が適用される。なお、電解質膜２２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。

アノード電極２４及びカソード電極２６の各々は、電解質膜２２の一方面に接合される電極触媒層と、電極触媒層に積層されるガス拡散層とを有する（共に不図示）。電極触媒層は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダと共にガス拡散層の表面に一様に塗布されることで形成される。ガス拡散層は、カーボンペーパ又はカーボンクロス等から形成される。

樹脂枠部材２８は、一定の厚さを有するフィルムから形成される。樹脂枠部材２８の内周は、アノード電極２４の外周部とカソード電極２６の外周部との間に挟持される。樹脂枠部材２８は、電解質膜２２の形成範囲を小さくすることで製造コストを低廉化すると共に、金属セパレータ１０と樹脂枠部材２８との間の接触圧を適切に調整する。樹脂枠部材２８を構成する材料としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン、フッ素、又はｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等が適用される。

金属セパレータ１０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、又はその金属表面に防食用の表面処理を施した金属プレートをプレスして断面を凹凸に形成して構成される。金属セパレータ１０（金属プレート）の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば略５０μｍ～５００μｍの範囲に設定されるとよく、本実施形態では略１００μｍとしている。

一対の金属セパレータ１０は、上記したように、樹脂枠付きＭＥＡ１４の面方向に沿って反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）を流通させる反応ガス流路１６を形成する。以下、樹脂枠付きＭＥＡ１４の一方面に積層される金属セパレータ１０を第１セパレータ１１Ａともいい、樹脂枠付きＭＥＡ１４の他方面に積層される金属セパレータ１０を第２セパレータ１１Ｂともいう。一の燃料電池１２の第１セパレータ１１Ａと、他の燃料電池１２の第２セパレータ１１Ｂとは、燃料電池１２の積層に伴って相互に接触し合う。そのため、複数の燃料電池１２の積層時に、第１及び第２セパレータ１１Ａ、１１Ｂは、その外周同士が溶接、ろう付け、かしめ等により接合されて一体的な接合セパレータに構成され、樹脂枠付きＭＥＡ１４に積層される。

第１セパレータ１１Ａは、燃料ガスを流動させる燃料ガス流路３０（反応ガス流路１６）を、樹脂枠付きＭＥＡ１４のアノード電極２４に対向する面１１Ａａに備える。燃料ガス流路３０は、第１セパレータ１１Ａの矢印Ｂ方向（水平方向）に延在する複数本の突条部３１間に形成された直線状流路溝（又は波状流路溝）によって構成される。

第２セパレータ１１Ｂは、酸化剤ガスを流動させる酸化剤ガス流路３２（反応ガス流路１６）を、樹脂枠付きＭＥＡ１４のカソード電極２６に対向する面１１Ｂａに備える（図１中では、便宜的にカソード電極２６上に酸化剤ガスの流通方向を図示している）。酸化剤ガス流路３２は、第２セパレータ１１Ｂの矢印Ｂ方向（水平方向）に延在する複数本の突条部３３間に形成された直線状流路溝（又は波状流路溝）によって構成される。

また、第１セパレータ１１Ａと第２セパレータ１１Ｂとが接触し合う面１１Ａｂ、１１Ｂｂの間には、冷媒（例えば、水）を流通させる冷媒流路３４が形成される。冷媒流路３４は、第１セパレータ１１Ａの燃料ガス流路３０の裏面形状と、第２セパレータ１１Ｂの酸化剤ガス流路３２の裏面形状とが重なり合うことで形成される。

さらに、燃料電池１２（第１セパレータ１１Ａ、第２セパレータ１１Ｂ及び樹脂枠部材２８）には、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷媒を矢印Ａ方向に流通させる流体連通孔３６が複数設けられる。燃料電池１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、流体連通孔３６として１つの燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ及び２つの冷媒入口連通孔４２ａが設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ及び２つの冷媒入口連通孔４２ａは、第１セパレータ１１Ａ、第２セパレータ１１Ｂ及び樹脂枠部材２８の各々を矢印Ａ方向に貫通している。

燃料ガス入口連通孔３８ａは、上下方向（矢印Ｃ方向）に５つ並ぶ流体連通孔３６の真中に形成されている。燃料ガス入口連通孔３８ａは、第１セパレータ１１Ａの燃料ガス流路３０に連通し、燃料ガス流路３０に燃料ガスを流入させる。

２つの冷媒入口連通孔４２ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａの上下に隣接し、この燃料ガス入口連通孔３８ａを間に挟む位置に形成されている。各冷媒入口連通孔４２ａは、第１及び第２セパレータ１１Ａ、１１Ｂ間の冷媒流路３４に連通し、冷媒流路３４に冷媒を流入させる。

２つの酸化剤ガス出口連通孔４０ｂは、上側の冷媒入口連通孔４２ａよりも上側位置と、下側の冷媒入口連通孔４２ａよりも下側位置とに配置され、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの冷媒入口連通孔４２ａを間に挟んでいる。各酸化剤ガス出口連通孔４０ｂは、第２セパレータ１１Ｂの酸化剤ガス流路３２に連通し、酸化剤ガス流路３２から酸化剤ガスを流出させる。

燃料電池１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、流体連通孔３６として１つの酸化剤ガス入口連通孔４０ａと、２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂと、２つの冷媒出口連通孔４２ｂとが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び２つの冷媒出口連通孔４２ｂは、第１セパレータ１１Ａ、第２セパレータ１１Ｂ及び樹脂枠部材２８の各々を矢印Ａ方向に貫通している。

酸化剤ガス入口連通孔４０ａは、矢印Ｃ方向に５つ並ぶ流体連通孔３６の真中に形成されている。酸化剤ガス入口連通孔４０ａは、第２セパレータ１１Ｂの酸化剤ガス流路３２に連通し、酸化剤ガス流路３２に酸化剤ガスを流入させる。

２つの冷媒出口連通孔４２ｂは、酸化剤ガス入口連通孔４０ａの上下に隣接し、酸化剤ガス入口連通孔４０ａを間に挟んでいる。各冷媒出口連通孔４２ｂは、第１及び第２セパレータ１１Ａ、１１Ｂ間の冷媒流路３４に連通し、冷媒流路３４から冷媒を流出させる。

２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂは、上側の冷媒出口連通孔４２ｂよりも上側位置と、下側の冷媒出口連通孔４２ｂよりも下側位置とに配置され、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ及び２つの冷媒出口連通孔４２ｂを間に挟んでいる。各燃料ガス出口連通孔３８ｂは、第１セパレータ１１Ａの燃料ガス流路３０に連通し、燃料ガス流路３０から燃料ガスを流出させる。

なお、流体連通孔３６（燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷媒入口連通孔４２ａ、冷媒出口連通孔４２ｂ）の位置や数、形状等は、要求される仕様に応じて適宜設定されればよい。また、燃料電池１２は、他の流体連通孔３６として、第１セパレータ１１Ａ、第２セパレータ１１Ｂ及び樹脂枠部材２８の各々を矢印Ａ方向に貫通する第１ドレン孔４４及び第２ドレン孔４６を備える。第１ドレン孔４４は、燃料電池１２の発電時に、カソード側に生じた生成水を排出する。第２ドレン孔４６は、燃料電池１２の発電時に、アノード側に生じた生成水を排出する。

そして、第１セパレータ１１Ａは、基部４８と、基部４８から一体で突出した第１ビード部５２（シール用ビード５０）とを備える。第１ビード部５２は、面１１Ａａから樹脂枠部材２８に向かって突出し、当該樹脂枠部材２８に接触してシールを形成する。第１ビード部５２は、第１セパレータ１１Ａの外縁近くを周回する外側ビード５２ａと、この外側ビード５２ａの内側で燃料ガス流路３０、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂを囲う内側ビード５２ｂとを有する。また、第１ビード部５２は、外側ビード５２ａと内側ビード５２ｂの間で、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔４０ｂ、冷媒入口連通孔４２ａ、冷媒出口連通孔４２ｂ、第１ドレン孔４４、第２ドレン孔４６を各々囲う連通孔ビード５２ｃを有する。

第２セパレータ１１Ｂは、基部４８と、基部４８から一体で突出した第２ビード部５４（シール用ビード５０）とを備える。第２ビード部５４は、面１１Ｂａから樹脂枠付きＭＥＡ１４に向かって突出し、当該樹脂枠部材２８に接触してシールを形成する。第２ビード部５４は、第２セパレータ１１Ｂの外縁近くを周回する外側ビード５４ａと、この外側ビード５４ａの内側で酸化剤ガス流路３２、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４０ｂを囲う内側ビード５４ｂとを有する。また、第２ビード部５４は、外側ビード５４ａと内側ビード５４ｂの間で、燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、冷媒入口連通孔４２ａ、冷媒出口連通孔４２ｂ、第１ドレン孔４４、第２ドレン孔４６を各々囲う連通孔ビード５４ｃを有する。

シール用ビード５０（第１及び第２ビード部５２、５４）は、図２に示すように金属セパレータ１０の厚み方向に沿った断面視で、基部４８から突出する略台形状に形成されている。基部４８は、金属セパレータ１０の基準の平面（プレート面）を構成する薄板部である。シール用ビード５０は、この基部４８に連なる（金属セパレータ１０に一体成形された）ビードベース６０と、ビードベース６０上に設けられるゴムシール７０（マイクロシール）とを有する。

具体的には、ビードベース６０は、金属セパレータ１０に連なる一対の傾斜部６２と、一対の傾斜部６２の上端を架橋する頂部６４とを有し、頂部６４の幅方向中央部を中心に対称形状に形成されている。一対の傾斜部６２及び頂部６４の厚みは、金属セパレータ１０の基部４８の厚み（本実施形態では１００μｍ）と略一致している。

本実施形態において、頂部６４は、金属セパレータ１０の面１１Ａａ、１１Ｂａに略平行な平坦部６４ａと、平坦部６４ａの幅方向両側で一対の傾斜部６２にそれぞれ連なる一対の湾曲部６４ｂとを有する。なお、ビードベース６０は、頂部６４を円弧状に形成した構成でもよく、またビードベース６０（一対の傾斜部６２及び頂部６４）全体を円弧状に形成した構成でもよい。ビードベース６０は、断面視で非対称形状に形成されていてもよい。

ビードベース６０の根元部分の幅Ｗｂ（各傾斜部６２が基部４８に接続している箇所間の距離）は、例えば、２．０ｍｍ～４．０ｍｍの範囲に設定される。ビードベース６０の頂部６４の幅Ｗａ（各傾斜部６２が頂部６４に接続している箇所間の距離）は、例えば、１．０ｍｍ～３．５ｍｍの範囲に設定される。またビードベース６０の突出高さＨは、ビードベース６０の幅Ｗｂに対して１０％～３５％の範囲に設定される。このビードベース６０は、金属セパレータ１０の反応ガス流路１６がプレス成形される際に、同時にプレス成形される。なお、ビードベース６０は、反応ガス流路１６の形成工程とは別の工程で形成されてもよい。

一方、ゴムシール７０は、金属セパレータ１０の厚み方向に沿った断面視で、成形後のビードベース６０の頂部６４よりも突出するように設けられる。ゴムシール７０は、スクリーン印刷によってゴムシール形成用の液状材料（ゲル状、半固形状を含む）がビードベース６０に塗布されて硬化することにより、適宜の厚み（膜厚）を持った略台形状に形成される。

ゴムシール７０の膜厚は、第１及び第２ビード部５２、５４のシール性を高めるために、通常の凸版印刷等により塗布されるインキの厚み（１０μｍ以下）よりも充分に厚く形成される。例えば、ゴムシール７０の膜厚（ビードベース６０の頂部６４から突出端面７８の最頂部までの距離）は、４０μｍ～１５０μｍの範囲に設定されるとよく、より好ましくは６０μｍ～９０μｍの範囲であるとよい。本実施形態に係るゴムシール７０は略７２μｍの厚みに設定されている。

そして、本実施形態に係るゴムシール７０は、金属セパレータ１０（ゴムシール７０）の厚み方向に沿った断面視で、断面形状として頂部６４の幅方向中央部に第１凸部７２（下層）を有すると共に、第１凸部７２の外側で当該第１凸部７２を覆う第２凸部７４（上層）を有する。つまり、ゴムシール７０は、ビードベース６０に対して第１凸部７２を先に形成した後、第１凸部７２を有するビードベース６０に対して第２凸部７４を形成することで多層構造に構成される。

第１凸部７２は、頂部６４の上面との接触部分（根元部分７２ａ）が幅広で、この根元部分７２ａから突出方向に向かって幅狭となり、頂点７２ｂの周囲が円弧状を呈して形成される。例えば、第１凸部７２の膜厚（頂部６４の上面から頂点７２ｂまでの高さ）は、ゴムシール７０全体の膜厚に対して２／３～９／１０の割合に設定されることが好ましい。第１凸部７２の具体的な膜厚は、例えば、４０μｍ～７０μｍ程度の範囲であるとよく、本実施形態では略６０μｍに設定している。また、第１凸部７２の根元部分７２ａの幅は、頂部６４の幅に対して１５％～８５％の割合に設定されることが好ましい。根元部分７２ａの幅は、例えば、０．５ｍｍ～０．９ｍｍ程度の範囲に設定されるとよく、本実施形態では０．７ｍｍに設定している。

第２凸部７４は、第１凸部７２に塗布されて当該第１凸部７２よりも幅広に形成されることで、その内側が第１凸部７２の表面全体に密着した形状となる。第２凸部７４は、ゴムシール７０の外観を構成し、その膜厚は上記したゴムシール７０の膜厚に一致する。断面視において、第２凸部７４を構成するゴム材料の量は、第１凸部７２を構成するゴム材料よりも多い。

第２凸部７４の外面は、一対の傾斜側面７６と、一対の傾斜側面７６の上端の間を延在する突出端面７８とを有する。突出端面７８は、幅方向中央部にビードベース６０側に僅かに窪む窪み部７８ａと、幅方向両側の各々に僅かに隆起する隆起部７８ｂとを有するが、概ね平坦状に形成される。すなわち、ゴムシール７０は、第１凸部７２が第２凸部７４の幅方向中央部を支持することで、窪み部７８ａの最底部と一対の隆起部７８ｂの最頂部との高低差が充分に小さく（ゴムシール７０の膜厚に対して約５％以下に）形成される。また、一対の隆起部７８ｂにおける最頂部間の間隔（第２凸部７４の突出端面７８の幅）は、１．７ｍｍ～３．０ｍｍに範囲に設定され、この区間が略平坦となっている。一対の傾斜側面７６と突出端面７８とは湾曲部により滑らかに接続される。

第１凸部７２と第２凸部７４は、同じ弾性率を有するゴム材料により構成される。ゴムシール７０を構成するゴム材料（樹脂材料）としては、シリコーン、ウレタン、フッ素等の熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー、又は他のエラストマー、或いは合成ゴム、天然ゴム等があげられ、本実施形態ではシリコーンを適用している。

また、第１凸部７２を構成するゴム形成用の液状材料と、第２凸部７４を構成するゴム形成用の液状材料は、異なる粘度（物性）に設定されている。第１凸部７２は、第１粘度を有する第１液状材料で塗布される一方で、第２凸部７４は、第１粘度よりも粘度が低い第２の粘度を有する第２液状材料で塗布される。第１液状材料と第２液状材料は、ゴムシール７０を構成するメインのゴム材料（シリコーン）に対して粘度調整剤（ゼラチン等の増粘剤、シンナー等の希釈剤）の量を適宜調整することで、相互に相違するように構成される。例えば、第１凸部７２の高粘度樹脂材料の粘度は、回転粘度計で測定して１０ＰａＳ～５０ＰａＳの範囲に設定されるとよい。その一方で、第２凸部７４の低粘度樹脂材料の粘度は、回転粘度計で測定して５ＰａＳ～２０ＰａＳの範囲で設定されるとよい。

次に図３を参照して、ビードベース６０上にゴムシール７０を形成するスクリーン印刷装置８０について説明する。なお、ゴムシール７０は、上記したように第１凸部７２の塗布後に、第２凸部７４を塗布して形成される。このためスクリーン印刷装置８０も、第１凸部７２を形成する第１スクリーン印刷装置８０Ａと、第２凸部７４を形成する第２スクリーン印刷装置８０Ｂとで異なる装置を適用している（図３は代表的に第１スクリーン印刷装置８０Ａを示している）。

スクリーン印刷装置８０は、ワークＷ（ビードベース６０が形成されている一方で、ゴムシール７０が形成されていない凹凸プレートを有する金属セパレータ１０）を配置及び固定する印刷台８２を有する。また、スクリーン印刷装置８０は、印刷台８２上にセットされたワークＷの上方に配置するスクリーン８４（製版）と、このスクリーン８４上を移動するスキージ８６とを備える。

スクリーン８４は、ワークＷの形状に対応した長方形状の枠体（不図示）の内側に、ワークＷを覆う覆い部８８を有すると共に、シール用ビード５０の対向位置に開口９０（印刷パターン）を有する。覆い部８８は、枠体の内側に張られたメッシュ９２（紗）と、メッシュ９２の網目を埋るように塗布された乳剤９４とで構成される。開口９０は、乳剤９４が塗布されていないことでメッシュ９２が露出している。このスクリーン８４は、移動中のスキージ８６の押圧に伴って下方向に弾性変形し、スキージ８６の通過後に弾性復元するように構成される。

第１凸部７２を形成する第１スクリーン印刷装置８０Ａは、スクリーン８４として第１スクリーン８４Ａを有する。第１スクリーン８４Ａの開口９０は、厚みが第１凸部７２の膜厚に略一致し、幅が第１凸部７２（根元部分７２ａ）の幅に略一致する。一方、第２凸部７４を形成する第２スクリーン印刷装置８０Ｂは、スクリーン８４として第２スクリーン８４Ｂを有する。第２スクリーン８４Ｂの開口９０は、厚みが第２凸部７４の膜厚に略一致し、幅が第２凸部７４（一対の傾斜側面７６の下端部）の幅に略一致する。

スクリーン印刷装置８０のスキージ８６は、スクリーン８４上をスライドし開口９０においてゴムシール形成用の液状材料を押し出す部材である。このスキージ８６は、第１及び第２スクリーン印刷装置８０Ａ、８０Ｂにおいて同じ構造に構成される。スキージ８６は、スクリーン８４の面方向の移動時にスクリーン８４に接触するゴム部９６と、ゴム部９６が一端（下端）に固定されると共にスクリーン８４にゴム部９６が接触した状態でスクリーン８４に向かって湾曲した凸形状を呈する板部９８とを有する。

ゴム部９６は、側面断面視で方形状に形成され、スクリーン８４の短辺方向（図１中の矢印Ｃ方向）に向かってスクリーン８４の短辺長さと同程度の長さで延在している。このゴム部９６は、板部９８により、スクリーン８４の上面（水平面）に対して傾斜した姿勢で支持される。

ゴム部９６が板部９８に対向する面は、適宜の固着手段によって板部９８に接合される接合面９６ａとなっている。ゴム部９６と板部９８の固着手段は、特に限定されるものではなく、例えば、溶着、接着、ねじ止め、インサート成形、一体成形等を採用し得る。

また、ゴム部９６において接合面９６ａの反対側の面は、スクリーン８４の上面及びスキージ８６の進行方向を臨み、スクリーン８４上に充填されたゴム形成用の液状材料に接触する対向面９６ｂとなっている。スクリーン８４に対する対向面９６ｂの傾斜角θは、板部９８の湾曲形状によって変化する。

さらに、ゴム部９６の下端傾斜面９６ｃは、接合面９６ａと対向面９６ｂの間を延在し、スクリーン８４の上面を臨む一方で、スキージ８６の進行方向とは逆側を臨んでいる。ゴム部９６は、スクリーン印刷時に、対向面９６ｂと下端傾斜面９６ｃが交わる角部９７がスクリーン８４の上面に接触する。

接合面９６ａ及び対向面９６ｂの板部９８に沿った長さＬ１は、板部９８の長さＬ２（円弧の周長）に比べて充分に短い。例えば、長さＬ１は、長さＬ２の１／５以下の長さに形成されている。接合面９６ａと対向面９６ｂとの間のゴム部９６の厚み（下端傾斜面９６ｃの長さ）は、板部９８の厚みよりも充分に厚く（例えば、１０倍以上の厚みに）形成されている。

ゴム部９６を構成する材料は、特に限定されるものではなく、弾性を有する例えば、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー等を適用可能であり、或いは弾性率が小さい樹脂材料を適用してもよい。ゴム部９６の硬度としては、６０～８０（タイプＡデュロメータ）が好ましい。

板部９８は、弾性変形可能に構成され、下端に固定したゴム部９６を支持している。板部９８も、ゴム部９６と同様に、スクリーン８４の短辺方向に向かってスクリーン８４の短辺長さと同程度の長さで延在している。また、板部９８は、ゴム部９６がスクリーン８４に接触した状態で板部９８のほうが大きく弾性変形するように、スクリーン８４よりも柔軟に形成されている。この板部９８は、スキージ８６を移動させる移動機構１００に取り付けられている。

移動機構１００は、板部９８の上部を保持するスキージ支持部１０２を有する。また、移動機構１００は、上下移動部１０４及び横移動部１０６を有すると共に、スクリーン印刷装置８０の制御部１０８に電気的に接続されている。制御部１０８は、プロセッサ、メモリ、インタフェースを有するコンピュータに構成され、スキージ支持部１０２の上下移動部１０４及び横移動部１０６の動作を制御する。

板部９８は、スクリーン８４の上面からゴム部９６が離間した非接触状態で、スクリーン８４に向かって大きな曲率半径で湾曲した凸形状に形状付けされている。板部９８は、移動機構１００による下方向の移動に伴い下降してスクリーン８４の上面にゴム部９６が接触すると、非接触状態よりも小さな曲率半径で湾曲した凸形状に弾性変形する。なお、板部９８は、スクリーン８４の上面からゴム部９６が離間した非接触状態で直線状に延在すると共に、スキージ支持部１０２が板部９８を傾斜した姿勢で支持した形態となっていてもよい。

そして、スキージ８６は、湾曲した凸形状の板部９８によって、スクリーン８４の上面に対するゴム部９６の対向面９６ｂの傾斜角θが適切な角度に調整される。つまり、スキージ８６は、移動機構１００により上下位置が調整されることで、板部９８の凸形状の曲率半径が変化し、この変化に伴って対向面９６ｂの傾斜角θも変化する。対向面９６ｂの傾斜角θは、特に限定されるものではないが、例えば、１０°～４５°の範囲で調整されるとよい。

ゴムシール７０の製造方法において、スキージ８６の上下位置（板部９８の凸形状の曲率半径）は、ゴム形成用の液状材料の材料組成、温度、粘度等に応じて適切に調整されることが好ましい。例えば、制御部１０８は、作業者による液状材料のパラメータ（材料組成、温度、粘度）の入力に基づき、予め設定された適宜のマップ情報や関数によりスキージ８６の上下位置を算出する。そして制御部１０８は、算出結果に応じて移動機構１００を制御しスキージ支持部１０２を上下に移動させる。これにより、スキージ支持部１０２に固定された板部９８は、スクリーン８４にゴム部９６を接触させた状態の凸形状の曲率半径が適切に調整される。

板部９８を構成する樹脂材料は、特に限定されず、スクリーン８４とゴム部９６の接触によって弾性変形可能な種々の金属材料及び樹脂材料を適用し得る。本実施形態に係る板部９８は、ＳＵＳ板（金属板）により構成されており、ＳＵＳ板の厚みは、例えば、０．１ｍｍ～１．８ｍｍ程度の範囲であることが好ましい。

本実施形態に係るゴムシール７０、及びゴムシール７０を形成するスクリーン印刷装置８０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その動作について説明する。

図４に示すように、金属セパレータ１０の製造方法では、プレート加工工程（ステップＳ１）、連通孔形成工程（ステップＳ２）、ゴムシール形成工程（ステップＳ３）を順に実施する。また、ゴムシール形成工程では、第１凸部形成工程（ステップＳ３－１）、第２凸部形成工程（ステップＳ３－２）を順に実施してゴムシール７０を形成する。

プレート加工工程では、金属セパレータ１０を構成する図示しないプレートを用意して、このプレートをプレス装置（不図示）の金型にセットする。プレス装置は、セット後に金型を動作させることで、金属セパレータ１０の反応ガス流路１６及びシール用ビード５０のビードベース６０をプレス成形する。これにより、プレス後のプレートは、反応ガス流路１６及びビードベース６０を構成する凹凸を有する凹凸プレートとなる。

連通孔形成工程では、プレート加工工程後の凹凸プレートを切断装置（不図示）にセットする。切断装置は、セット後にピアス金型により凹凸プレートに対して流体連通孔３６を貫通形成する。なお、金属セパレータ１０の製造では先に流体連通孔３６を形成した後に反応ガス流路１６及びビードベース６０を形成してもよく、或いはプレス（凹凸の形成）と切断（流体連通孔３６の形成）を同時に実施してもよい。

そして、第１凸部形成工程では、プレート加工工程において成形されたビードベース６０の頂部６４に対して、スクリーン印刷により第１凸部７２を形成する。具体的には、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、凹凸を有すると共に流体連通孔３６が貫通形成されたワークＷ（ゴムシール７０が形成されていない金属セパレータ１０の凹凸プレート）を、第１スクリーン印刷装置８０Ａの印刷台８２上にセットする配置工程を行う。このセットにより、ワークＷの上方に第１スクリーン８４Ａが配置され、さらに第１スクリーン８４Ａの上方にスキージ８６が待機した状態となる。

セット後に、第１スクリーン印刷装置８０Ａは、第１凸部７２を構成するゴム形成用の第１液状材料を第１スクリーン８４Ａの上面に充填する。そして第１スクリーン印刷装置８０Ａは、第１スクリーン８４Ａに（下方向に）向けてスキージ８６を移動して、第１スクリーン８４Ａの上面にゴム部９６を接触させる。

この際、制御部１０８は、液状材料のパラメータ（材料組成、温度、粘度等）に基づきスキージ８６の高さ位置を設定し、この高さ位置に基づき移動機構１００の移動を制御する。これにより、スキージ８６の板部９８は、第１スクリーン８４Ａとの接触状態で、所定の曲率半径に湾曲した凸形状に変形する。板部９８の湾曲により第１スクリーン８４Ａに対するゴム部９６の対向面９６ｂの傾斜角θが所定の角度に設定される（調整工程が実施される）。

上記したように、第１凸部形成工程の第１液状材料の粘度は、第２凸部形成工程の第２液状材料の粘度よりも高い。このため、ゴムシール形成工程では、第１凸部形成工程における対向面９６ｂの傾斜角θ１を、第２凸部形成工程における対向面９６ｂの傾斜角θ２よりも小さくする。すなわち、第１スクリーン印刷装置８０Ａは、移動機構１００により板部９８を下方向に移動させることで、板部９８の凸形状の曲率半径を小さく設定する。その結果、スキージ８６は、第１液状材料に対するゴム部９６（対向面９６ｂ）の面圧が適切に調整される。

この状態で、第１スクリーン印刷装置８０Ａは、第１スクリーン８４Ａの面方向（図１中の矢印Ｂ方向）にスキージ８６を移動させ、開口９０のメッシュ９２をビードベース６０に接触させつつ、メッシュ９２を通して第１液状材料を押し出す塗布工程を行う。これにより第１スクリーン８４Ａがビードベース６０の頂部６４から離間すると、第１液状材料がビードベース６０の頂部６４に塗布された状態となる。すなわち、第１凸部形成工程後のワークＷは、ビードベース６０の頂部６４上に第１凸部７２を有した状態となる。なお、第１凸部形成工程では、第１液状材料の充填や第１スクリーン８４Ａの面方向に沿ったスキージ８６の移動を複数回実施してもよい。

そして、第２凸部形成工程では、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１凸部形成工程後のワークＷ’を、第２スクリーン印刷装置８０Ｂの印刷台８２上にセットする配置工程を行う。このセットによって、ワークＷ’の上方に第２スクリーン８４Ｂが配置され、さらに第２スクリーン８４Ｂの上方にスキージ８６が待機した状態となる。

セット後に、第２スクリーン印刷装置８０Ｂは、第２凸部７４を構成するゴム形成用の第２液状材料を第２スクリーン８４Ｂの上面に充填する。そして第２スクリーン印刷装置８０Ｂは、第２スクリーン８４Ｂに（下方向に）向けてスキージ８６を移動して第２スクリーン８４Ｂの上面にゴム部９６を接触させ、所定の曲率半径で湾曲した凸形状に板部９８を弾性変形させる調整工程を行う。この際、上記したように第２凸部形成工程の板部９８の曲率半径が第１凸部形成工程の板部９８の曲率半径よりも大きく設定される。その結果、第２スクリーン８４Ｂに対するゴム部９６の対向面９６ｂの傾斜角θ２が、第１凸部形成工程の傾斜角θ１よりも大きくなる。

この状態で、第２スクリーン印刷装置８０Ｂは、第２スクリーン８４Ｂの面方向（図１中の矢印Ｃ方向）にスキージ８６を移動させ、開口９０のメッシュ９２を第１凸部７２に接触させつつ、メッシュ９２を通して第２液状材料を押し出す塗布工程を行う。これにより第２スクリーン８４Ｂがビードベース６０の頂部６４から離間すると、第２液状材料がビードベース６０の頂部６４に塗布された状態となる。

粘度が低い第２液状材料は、ビードベース６０の幅方向に容易に広がって、ビードベース６０及び第１凸部７２上に満遍なく塗布される。第２凸部形成工程後のワークＷ’は、第２液状材料の硬化により第２凸部７４を有したゴムシール７０となる。なお、第２凸部形成工程でも、第２液状材料の充填や第２スクリーン８４Ｂの面方向に沿ったスキージ８６の移動を複数回実施してよい。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、スキージ８６の板部９８の凸形状の曲率半径は、ゴム形成用の液状材料の温度に基づき調整されてもよい。一例として、液状材料の温度が低い場合には、板部９８の曲率半径を小さくする一方で、液状材料の温度が高い場合には、板部９８の曲率半径を大きくするとよい。

また、上記の実施形態では、板部９８の一方面にゴム部９６を接合した構成としたが、この構成に限定されずゴム部９６の内部に板部９８の端部を挿入して接合した構成としてもよい。さらに、本発明は、第１凸部７２及び第２凸部７４を有する２層のゴムシール７０に限定されず、いずれか１層を有するゴムシール（不図示）においても適用することができる。

上記の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。

本発明の第１の態様は、凸部（ビードベース６０）を有するワークＷ、Ｗ’の上方に、開口９０を有するスクリーン８４を配置する配置工程と、スクリーン８４の面方向に移動するスキージ８６を用いて、開口９０を通してゴムシール形成用の液状材料を凸部の頂部６４に塗布する塗布工程とを有するゴムシール７０の製造方法であって、スキージ８６は、ゴム部９６と、ゴム部９６を一端に固定した板部９８とを備え、塗布工程では、スクリーン８４にゴム部９６を押し当て且つスクリーン８４に向かって湾曲した凸形状となるように板部９８を弾性変形させた状態で、スキージ８６を面方向に移動させる。

上記のゴムシール７０の製造方法は、スキージ８６の移動時に、スクリーン８４にゴム部９６が接触した状態で板部９８が湾曲した凸形状を呈することで、ゴム部９６を適切な姿勢とすることができる。従ってスキージ８６の移動時に、ゴム部９６は、スクリーン８４上の液状材料に適宜の圧力をかけて、液状材料を開口９０から安定的に吐出することができる。これによりゴムシール７０の製造方法は、厚み及び形状の安定性が改善されたゴムシール７０を製造することが可能となる。

また、液状材料を凸部（ビードベース６０）の頂部６４に塗布する前に、板部９８を上下方向に移動させることにより板部９８の凸形状の曲率半径を変化させる調整工程を含む。これにより、板部９８が適切な曲率半径の凸形状となり、スキージ８６は、開口９０を通過する際のゴム部９６の姿勢を安定化させることができる。

また、板部９８の凸形状の曲率半径は、液状材料の材料組成、温度、粘度のパラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づき調整される。これにより、ゴムシール７０の製造方法は、液状材料のパラメータ（材料組成、温度、粘度）に応じて、液状材料に対してゴム部９６が一層適切な圧力をかけることができる。

また、ゴム部９６は、断面視で、スクリーン８４に対向し且つスキージ８６の進行方向を臨む面部（対向面９６ｂ）を有する方形状に形成され、板部９８の凸形状の曲率半径の変化に伴いスクリーン８４の面方向に対する面部の傾斜角θが調整される。このように傾斜角θが調整されたゴム部９６は、スキージ８６の移動時に、スクリーン８４の面方向に沿って液状材料を移動させる力と、開口９０において下方に向けて液状材料を押し出す力をバランスよく得ることができる。

また、当該ゴムシール７０の製造では、配置工程及び塗布工程の実施により凸部（ビードベース６０）の頂部６４に第１凸部７２を形成する第１凸部形成工程を実施し、第１凸部形成工程後に、配置工程及び塗布工程の実施により第１凸部７２の外側に当該第１凸部７２を覆う第２凸部７４を形成する第２凸部形成工程を実施する。これにより、ゴムシール７０の製造方法は、第１凸部形成工程において所定の膜厚からなる第１凸部７２を安定的に形成し、さらに第２凸部形成工程において第２凸部７４を安定的に形成することで、充分な膜厚を有するゴムシール７０を得ることが可能となる。

また、第１凸部７２を形成するための液状材料である第１液状材料の粘度は、第２凸部７４を形成するための液状材料である第２液状材料の粘度よりも高いものであり、第１凸部形成工程における板部９８の凸形状の曲率半径は、第２凸部形成工程における板部９８の凸形状の曲率半径よりも大きい。これにより、スキージ８６は、第２液状材料の粘度よりも粘度が高い第１液状材料に対してより大きな圧力をかけることができ、第１液状材料を開口９０から安定的に吐出することができる。

また、本発明の第２の態様は、凸部（ビードベース６０）を有するワークＷ、Ｗ‘の上方に配置され、開口９０を有するスクリーン８４と、開口９０においてゴムシール形成用の液状材料を押し出すスキージ８６と、スキージ８６をスクリーン８４の面方向に移動させる移動機構１００とを備え、スクリーン８４の開口９０を通して液状材料を凸部の頂部６４に塗布するスクリーン印刷装置８０であって、スキージ８６は、ゴム部９６と、ゴム部９６を一端に固定した板部９８とを備え、移動機構１００は、ゴム部９６をスクリーン８４に押し当て且つスクリーン８４に向かって湾曲した凸形状となるように板部９８を弾性変形させた状態で、スキージ８６を面方向に移動させる。

１０…金属セパレータ １２…燃料電池
４８…基部 ６０…ビードベース
６４…頂部 ７０…ゴムシール
７２…第１凸部 ７４…第２凸部
８０…スクリーン印刷装置 ８４…スクリーン
８６…スキージ ９０…開口
９６…ゴム部 ９６ｂ…対向面
９８…板部 Ｗ…ワーク

Claims (5)

1. 凸部を有するワークの上方に、開口を有するスクリーンを配置する配置工程と、
   前記スクリーンの面方向に移動するスキージを用いて、前記開口を通してゴムシール形成用の液状材料を前記凸部の頂部に塗布する塗布工程とを有するゴムシールの製造方法であって、
   前記スキージは、ゴム部と、前記ゴム部を一端に固定した板部とを備え、
   前記塗布工程では、前記スクリーンに前記ゴム部を押し当て且つ前記スクリーンに向かって湾曲した凸形状となるように前記板部を弾性変形させた状態で、前記スキージを前記面方向に移動させ、
   当該ゴムシールの製造では、前記配置工程及び前記塗布工程の実施により前記凸部の頂部に第１凸部を形成する第１凸部形成工程を実施し、
   前記第１凸部形成工程後に、前記配置工程及び前記塗布工程の実施により前記第１凸部の外側に当該第１凸部を覆う第２凸部を形成する第２凸部形成工程を実施し、
   前記第１凸部形成工程では、前記頂部の幅方向中央部に前記第１凸部を形成し、
   前記第１凸部は、前記頂部との接触部分である根元部分が幅広で、前記根元部分から前記第１凸部の突出方向に向かって幅狭となる円弧状に形成される
   ゴムシールの製造方法。
2. 請求項１記載のゴムシールの製造方法において、
   前記液状材料を前記凸部の頂部に塗布する前に、前記板部を上下方向に移動させることにより前記板部の凸形状の曲率半径を変化させる調整工程を含む
   ゴムシールの製造方法。
3. 請求項２記載のゴムシールの製造方法において、
   前記板部の凸形状の曲率半径は、前記液状材料の材料組成、温度、粘度のパラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づき調整される
   ゴムシールの製造方法。
4. 請求項２又は３記載のゴムシールの製造方法において、
   前記ゴム部は、断面視で、前記スクリーンに対向し且つ前記スキージの進行方向を臨む面部を有する方形状に形成され、
   前記板部の凸形状の曲率半径の変化に伴い前記スクリーンの面方向に対する前記面部の傾斜角が調整される
   ゴムシールの製造方法。
5. 請求項１記載のゴムシールの製造方法において、
   前記第１凸部を形成するための前記液状材料である第１液状材料の粘度は、前記第２凸部を形成するための前記液状材料である第２液状材料の粘度よりも高いものであり、
   前記第１凸部形成工程における前記板部の前記凸形状の曲率半径は、前記第２凸部形成工程における前記板部の前記凸形状の曲率半径よりも小さい
   ゴムシールの製造方法。

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