JP7433998B2 - ゴムシールの製造方法 - Google Patents
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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の頂部には、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。
ところで、金属セパレータにゴムシールを形成するスクリーン印刷では、ビードベースの対向位置に開口を有するスクリーンを、ワークの上方に配置する。そして、スクリーン上にゴム形成用の液状材料を充填した後、スクリーンの面方向に沿ってスキージを移動させることで、開口を通してビードベースの頂部に液状材料を塗布する。
しかしながら、ビードベースのような断面に大きな凹凸を有する金属セパレータは、ビードベースが存在しない箇所（例えば、ビードベースの隣接位置）において、スクリーン印刷中にスキージの押圧によりスクリーンの一部がワーク側に落ち込むことがある。このスクリーンの落ち込みにより、スキージは、ビードベース付近においてスクリーンから跳ね上がる動作をすることがあり、塗布箇所でのスキージの押圧力（スクリーンの面圧）が低下してしまう。これによりゴムシールの製造において、ゴムシールの厚みや形状が不安定となるという不都合が生じていた。
本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、簡単な構成によってスキージの移動時にスクリーンの落ち込みを抑制することで、厚み及び形状の安定性が改善されたゴムシールを形成することができるゴムシールの製造方法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、本発明の一態様は、基部と、前記基部から突出した凸部と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して、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ゴムシールの製造方法であって、前記基部のうち前記凸部の隣接位置において、前記スクリーンと前記ワークとの間にストッパ部を配置した状態で、前記スクリーンの面方向に沿ってスキージを移動させ、前記頂部に前記液状材料を塗布する。
上記のゴムシールの製造方法は、簡単な構成によってスキージの移動時にスクリーンの落ち込みを抑制することで、厚み及び形状の安定性が改善されたゴムシールを形成することができる。
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、本発明のゴムシール７０の製造方法は、金属セパレータ１０への適用に限定されず、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が流通する一方で、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が流通し、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）の長方形状を呈する。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方向且つ矢印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の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば５０μｍ～５００μｍの範囲に設定されるとよく、本実施形態では略１００μｍに設定している。
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。一方の燃料電池１２の第１セパレータ１１Ａと、他方の燃料電池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の他の箇所の厚み（例えば、５０μｍ～２００μｍ）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。
図２及び図３に示すように、ビードベース６０の根元部分の幅Ｗｂ（各傾斜部６２が金属セパレータ１０の面１１Ａａ、１１Ｂａの基部４８に接続している箇所間の距離）は、例えば、２．０ｍｍ～４．０ｍｍ程度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程度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。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の外面は、一対の傾斜側面７２と、一対の傾斜側面７２の上端の間を連結する突出端面７４とを有する。突出端面７４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７４ａを有すると共に、幅方向両側の各々に僅かに隆起する隆起部７４ｂを有する。各隆起部７４ｂは、幅方向外側に向かって滑らかに湾曲して、一対の傾斜側面７２に連なっている。
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から隆起部７４ｂまでの距離）は、５０μｍ～１５０μｍの範囲に設定される。
ゴムシール７０の材料（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。なお、ゴムシール７０は、先に第１液状材料が塗布されることで山形状の第１凸部（不図示）が形成され、次に第１液状材料よりも粘度が小さい第２液状材料が第１凸部上に塗布されることで略台形状の第２凸部（不図示）が形成されてもよい。
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。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金属セパレータ１０の凹凸プレート）を配置及び固定する印刷台８２を備える。ワークＷは、ビードベース６０の頂部６４が鉛直上方を臨んだ状態で印刷台８２上にセットされる。
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とを有する。さらに、本実施形態に係るスクリーン印刷装置８０は、印刷台８２にセットされたワークＷの基部４８とスクリーン８４との間にストッパ部８８を備える。
スクリーン８４は、ワークＷのサイズに応じた図示しない枠体の内側に、ワークＷを覆う覆い部９０を有すると共に、シール用ビード５０の対向位置に開口９２（印刷パターン）を有する。覆い部９０は、枠体の内側に張られたメッシュ８４ａ（紗）と、メッシュ８４ａを埋設するように塗布された乳剤８４ｂとで構成される。開口９２は、乳剤８４ｂが塗布されていないことでメッシュ８４ａを露出させている。このスクリーン８４は、枠体内のメッシュ８４ａに乳剤８４ｂを塗布した後に、ビードベース６０との非対向箇所をマスキングし、マスキング箇所以外の乳剤８４ｂを洗い落す工程を経ることで、上記の覆い部９０と開口９２とを有するように構成される。
上記のように形成されたスクリーン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。スクリーン８４の開口９２の厚みは、形成予定のゴムシール７０の膜厚に略一致すると共に、開口９２の幅Ｗｏは、形成予定のゴムシール７０の幅に略一致する。
スキージ８６は、スクリーン８４の短辺方向（図１中の矢印Ｃ方向）に延在したプレート形状を有し、スクリーン８４に接触しつつ当該スクリーン８４の長辺方向（図１中の矢印Ｂ方向）に沿ってスライドしてゴムシール形成用の液状材料を押し出す押出部材である。すなわち、スキージ８６の移動方向は、金属セパレータ１０の長辺方向（反応ガスの流通方向）に沿っている。スキージ８６の矢印Ｃ方向の延在長さは、金属セパレータ１０の短辺長さと略同一に設定されている。スキージ８６は、所定の肉厚を有する弾性部材からなりスクリーン８４に接触する。
傾斜した弾性部材は、移動中に、スクリーン８４上に充填された液状材料を進行方向且つ下方向に押圧する。従って、スキージ８６は、覆い部９０上において液状材料を進行方向に押し出しながらスライドし、開口９２上をスライドする際に、メッシュ８４ａを透過してスクリーン８４の下方に液状材料を吐出させる。
そして、本実施形態に係るストッパ部８８は、所定の厚みＴを有するシート状に形成され、スクリーン８４の下面（ワークＷとの対向面８５）側に接合される。これによりストッパ部８８は、スキージ８６の移動時におけるスクリーン８４の落ち込みを抑制する。このストッパ部８８は、スクリーン８４の開口９２の近傍でビードベース６０の少なくとも一方の傾斜部６２側に配置される。
スクリーン８４とストッパ部８８の接合手段は、特に限定されず、例えば、接着、溶着、係合構造（嵌合、ねじ止め、フックによる引っ掛け等）を採用することができる。一例として接合方法が接着の場合、ストッパ部８８は、スクリーン８４の対向面８５に接合する上面８８ａに接着層（不図示）を有するように構成され、スクリーン８４の製造時に対向面８５に接着される。
ストッパ部８８のワークＷを臨む下面８８ｂは、スクリーン８４の対向面８５に対して平行な平坦面に形成される。下面８８ｂは、スクリーン印刷時にワークＷの上方にスクリーン８４を位置決めした状態で、ワークＷの面１１Ａａ、１１Ｂａに非接触且つ略平行な状態で対向する。図５Ａに示すように、ストッパ部８８は、スキージ８６の押圧に伴って、スクリーン８４と共に下方に弾性変形して下面８８ｂがワークＷに接触する。
ストッパ部８８は、開口９２を挟むように当該開口９２の幅方向両外側に設けられる。すなわち、ワークＷの上方にスクリーン８４を位置決めした状態では、一対のストッパ部８８が、基部４８のうちビードベース６０の隣接位置で当該ビードベース６０に対して接触しない状態となる。また、２列のビードベース６０が並列に設けられる箇所では、ストッパ部８８はビードベース６０の一方の側に設けられればよい。
また、ストッパ部８８は、開口９２（印刷パターン）の延在方向に対して平行且つ連続的に延在する。従って、スクリーン８４は、開口９２の形成位置に、ストッパ部８８、開口９２、ストッパ部８８が幅方向に並ぶ三重ラインを有する。なお、ストッパ部８８は、開口９２の延在方向に連続せず、所定長さの線分で点在するように設けられてもよい。或いは、ストッパ部８８は、凹凸プレートの凸部（突条部３１、３３やビードベース６０）の形成箇所を除いたスクリーン８４の対向面８５全体を覆う構成でもよい。
断面視で、開口９２の縁からストッパ部８８までの間隔Ｄ（ストッパ部８８と開口９２間の最小距離）は、ビードベース６０の傾斜部６２の形状にも依るが、例えば、開口９２の幅Ｗｏよりも短く設定される。一例として、開口９２の幅Ｗｏに対する間隔Ｄの割合は、１０％～５０％程度の範囲（例えば、実寸で０．１ｍｍ～１．５ｍｍ）に設定されるとよい。開口９２の幅Ｗｏに対する間隔Ｄの割合が５０％よりも大きいと、ストッパ部８８が開口９２から離れ過ぎて開口９２の直前でスキージ８６が落ち込む可能性がある。逆に、開口９２の幅Ｗｏに対する間隔Ｄの割合が１０％よりも小さいと、ストッパ部８８が開口９２に近づき過ぎて開口９２を通して塗布された液状材料がストッパ部８８に付着し易くなる。
また断面視で、ストッパ部８８の幅Ｗｓは、ビードベース６０（ワークＷの凸部）の幅Ｗｂよりも幅広に設定されることが好ましい。これにより、開口９２の近傍位置において長い範囲にわたってスキージ８６の落ち込みを良好に抑制して、スキージ８６を横方向にスライドさせることができる。
ストッパ部８８の厚みＴ（スクリーン８４の対向面８５からの突出長）は、金属セパレータ１０の面１１Ａａ、１１Ｂａからのビードベース６０の高さＨよりも僅かに薄く（低く）設定されることが好ましい。例えば、ビードベース６０の高さＨに対するストッパ部８８の厚みＴの割合は、６０％～９５％に設定されることが好ましい。ストッパ部８８の厚みＴの割合が６０％より小さければ、スキージ８６の移動においてスクリーン８４の落ち込みに伴う面圧の低下が生じる。逆に、ストッパ部８８の厚みＴの割合が９５％より大きいと、ストッパ部８８が位置ずれした場合に、ビードベース６０の傾斜部６２にストッパ部８８が接触してスクリーン８４を上側に隆起させてしまう（スクリーン８４の平坦性が悪くなる）可能性がある。
ストッパ部８８を構成する材料は、特に限定されず、所定の弾性率を有する樹脂材料又は金属材料を適用するとよい。例えば、ストッパ部８８は、スクリーン８４の覆い部９０よりも高い弾性率を有する材料を適用するとよい。これにより、ストッパ部８８は、スクリーン８４をより確実に支持することができる。また例えば、ストッパ部８８は、スクリーン８４の乳剤８４ｂと同じ材料を適用することで、スクリーン８４との接合性を高めてもよい。
なお、ストッパ部８８の厚みＴは、スキージ８６の移動方向上流側において厚く、スキージ８６の移動方向下流側において薄く形成されていてもよい。また、ストッパ部８８は、開口９２の幅方向両側に設けられるだけでなく、開口９２を基準としてスキージ８６の移動方向上流側のみに設けられてもよい。さらに、スクリーン８４は、開口９２の延在方向がスキージ８６の移動方向（矢印Ｂ方向）に沿っている箇所に、ストッパ部８８を備えない箇所があってもよい。
本実施形態に係る金属セパレータ１０に設けられるゴムシール７０は、基本的には以上のように構成され、以下ゴムシール７０の製造方法について説明する。
図４Ａ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。
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。
ゴムシール形成工程は、ビードベース６０の頂部６４に対して、スクリーン印刷を実施することでゴムシール７０を形成する。図４Ｂに示すように、ゴムシール形成工程では、セット工程（ステップＳ３－１）と、液状材料充填工程（ステップＳ３－２）と、スキージ移動工程（ステップＳ３－３）とを順に実施する。
セット工程では、断面に凹凸形状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、スクリーン印刷装置８０の印刷台８２上にセットする（図３も参照）。セット状態において、ワークＷは、ビードベース６０の頂部６４が鉛直上方を臨んだ姿勢で固定される。
そして、スクリーン印刷装置８０は、セットされたワークＷの上方の近接位置にスクリーン８４を配置する。このスクリーン８４の下面でワークＷとの対向面８５には、ストッパ部８８が事前に貼り付けられている。そのため、スクリーン８４は、セット状態でビードベース６０の対向位置に開口９２を配置すると共に、基部４８のうちビードベース６０の隣接位置にストッパ部８８を配置する。このストッパ部８８は、スクリーン８４とワークＷの間においてワークＷから若干離間した状態となる。
液状材料充填工程において、スクリーン印刷装置８０は、ゴムシール７０を構成する液状材料をスクリーン８４上（対向面８５と反対側の面上）に充填する。なお、スクリーン印刷装置８０は、スキージ８６の移動と共に、当該スキージ８６の移動方向上流側に液状材料を随時充填する構成でもよい。
スキージ移動工程では、スキージ８６を下降してスクリーン８４の上面に接触させた状態で、スクリーン８４の面方向（矢印Ｂ方向）に沿って当該スキージ８６を移動させる。図５Ａに示すように、スキージ８６は、スクリーン８４を下方に押圧しつつスライドする。これにより、スクリーン８４のスキージ８６の接触箇所が下方に弾性変形する。
そして、スクリーン８４に接合されたストッパ部８８は、スキージ８６の移動時に、ビードベース６０の幅方向外側の近傍位置でスクリーン８４の下方（ワークＷ側）への落ち込みを抑制する。すなわち、仮にストッパ部８８が設けられていないスクリーン印刷装置１００では、図５Ａ中の２点鎖線で示すように、スキージ１０２の押圧によりスクリーン１０４が下方に落ち込むことがある。これにより、開口９２の近傍位置において、スキージ１０２が落ち込んだスクリーン１０４の上面を跳ね上がるように動作して、この跳ね上がりに伴いスキージ１０２が開口９２付近においてスクリーン１０４にかける面圧（押圧力）が抜けてしまう。
これに対し、本実施形態に係るゴムシール７０の製造方法では、スキージ８６の移動時に、スクリーン８４とワークＷの間に介在するストッパ部８８により面圧の抜けを防止することができる。つまり、ストッパ部８８の接合箇所のスクリーン８４は、スキージ８６により押圧されてもストッパ部８８の下面８８ｂがワークＷに直ちに当たってストッパ部８８により支持される。従って、スクリーン８４は、ビードベース６０の近傍での落ち込みが抑制され、スキージ８６は開口９２付近でスクリーン８４上を跳ね上がることなく、横方向（水平方向）に円滑に移動する。
その結果、スキージ８６は、開口９２上を移動する際に、スクリーン８４に対して所定の面圧を均等的にかけることができる。そして図５Ｂに示すように、スキージ８６が開口９２を通過する際には、スキージ８６の押圧に伴い開口９２に設けられたメッシュ８４ａがビードベース６０の頂部６４に接触し、この状態でスキージ８６が開口９２に液状材料を押し出す。これにより、スキージ８６が開口９２を通過した後に開口９２付近のスクリーン８４がビードベース６０の頂部６４から離間すると、液状材料がビードベース６０の頂部６４に良好に塗布された状態となる（図２も参照）。
以上の製造方法で製造されたゴムシール７０は、ビードベース６０に液状材料が安定的に塗布されることで、液状材料が硬化すると設定された膜厚に良好に形成される。従って、ゴムシール７０を有する金属セパレータ１０は、樹脂枠付きＭＥＡ１４に対するシール用ビード５０のシール性能を高めることができる。
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、ストッパ部８８は、スクリーン８４の開口９２付近の覆い部９０に設けられることから、覆い部９０（乳剤８４ｂ）の製造時に当該覆い部９０と一体成形（換言すれば、覆い部９０の開口９２付近を肉厚に形成）してもよい。また例えば、ストッパ部８８は、スクリーン８４やワークＷに接合されず、単にスクリーン８４とワークＷの間に介在するように配置されてもよい。
ストッパ部８８においてビードベース６０に近接する内側部は、間隔Ｄが小さい場合等に、ビードベース６０の傾斜部６２に合わせた傾斜形状に形成されていてもよい。これにより、ストッパ部８８は、スキージ８６の移動時に、開口９２に近い位置でスクリーン８４の落ち込みを良好に抑制することができる。
図６に示す変形例に係るスクリーン印刷装置８０Ａは、スクリーン８４の落ち込みを抑制するストッパ部９４を、ワークＷ（金属セパレータ１０）に接合した点で本実施形態に係るスクリーン印刷装置８０とは異なる。例えば、ゴムシール７０の製造工程では、下面９４ａに粘着部を有するストッパ部９４を用意して、スクリーン印刷装置８０Ａのセット前のワークＷにおいてスクリーン８４の落ち込みが生じ易い箇所に、ストッパ部９４を貼る工程を行う。
このように変形例に係るスクリーン印刷装置８０Ａでも、スクリーン８４とワークＷの間にストッパ部９４を介在させることができる。よって、ゴムシール７０の製造において、スキージ８６の押圧に伴うスクリーン８４の落ち込みを抑制して、ビードベース６０に所定の膜厚の液状材料を安定的に塗布することが可能となる。
ワークＷに貼ったストッパ部９４は、スクリーン印刷後にワークＷを剥がす工程を行い、さらに別のワークＷのゴムシール７０の製造に使用することができる。或いは、ストッパ部９４は、ゴムシール７０の製造後も金属セパレータ１０に貼り続けたままとし、燃料電池１２の積層時にシール用ビード５０の倒れ防止部材として活用してもよい。
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。
本発明の一態様は、基部４８と、基部４８から突出した凸部（ビードベース６０）とを有するワークＷの上方に、開口９２を有するスクリーン８４を配置して、開口９２を通してゴムシール形成用の液状材料を凸部の頂部６４に塗布するゴムシール７０の製造方法であって、基部４８のうち凸部の隣接位置において、スクリーン８４とワークＷとの間にストッパ部８８を配置した状態で、スクリーン８４の面方向に沿ってスキージ８６を移動させ、頂部６４に液状材料を塗布する。
上記のゴムシール７０の製造方法によれば、ビードベース６０の隣接位置でスクリーン８４とワークＷの間に挟まれたストッパ部８８、９４は、スキージ８６の移動において当該スキージ８６の押圧によるスクリーン８４の落ち込みを抑制することができる。これにより、スキージ８６は、凸部（ビードベース６０）の隣接位置において跳ね上がることなく円滑に移動して、スクリーン８４の移動方向に沿って均等的に面圧をかけることが可能となる。その結果、本製造方法は、液状材料を良好に吐出して、厚み及び形状の安定性が改善されたゴムシール７０を形成することができる。
また、ストッパ部８８、９４は、スクリーン８４又はワークＷに接合されている。これにより、ゴムシール７０の製造方法では、スクリーン８４の開口９２をワークＷに対向させたセット状態で、凸部（ビードベース６０）の横方向近傍位置にストッパ部８８、９４を容易に位置決めすることができる。
また、ストッパ部８８、９４の厚みＴが、凸部（ビードベース６０）の高さＨよりも薄い。これにより、ゴムシール７０の製造方法では、ストッパ部８８、９４によりスクリーン８４の落ち込みを抑制しつつ、スクリーン８４の開口９２（メッシュ８４ａ）を凸部に確実に接触させて液状材料を凸部に塗布することができる。
また、開口９２の縁からストッパ部８８、９４までの間隔Ｄが、開口９２の幅Ｗｏに対して１０％～５０％の範囲に設定されている。これにより、ストッパ部８８、９４は、開口９２の近傍位置においてスクリーン８４の落ち込みをより確実に抑制することができる。
また、ストッパ部８８、９４の幅Ｗｓが、凸部（ビードベース６０）の幅Ｗｂよりも幅広に設定されている。これにより、ストッパ部８８、９４は、開口９２の近傍位置においてスキージ８６を円滑に移動させることができ、凸部に対して液状材料をより均等的に塗布することができる。
また、ワークＷは、燃料電池１２に適用される金属セパレータ１０であり、金属セパレータ１０は、当該金属セパレータ１０の面１１Ａａ、１１Ｂａから突出し且つ当該金属セパレータ１０に一体成形された凸部であるビードベース６０上に、ゴムシール７０が形成される。これにより、ゴムシール７０の製造方法は、金属セパレータ１０の製造において、ゴムシール７０のシール性能を大幅に高めることができる。
また、金属セパレータ１０は、燃料電池１２の発電時に反応ガスを流通させる反応ガス流路１６を有し、スキージ８６は、金属セパレータ１０の反応ガスの流通方向に沿って移動する。これにより、ゴムシール７０の製造方法では、反応ガスの流通方向と交差する方向に延在するビード部（外側ビード５２ａ、５４ａ、内側ビード５２ｂ、５４ｂ）や略直交方向に並ぶ流体連通孔３６の周囲等に対し、スキージ８６の移動時の面圧を一定とする。従って、シール用ビード５０のゴムシール７０を安定的に形成することができる。
１０…金属セパレータ １１Ａａ、１１Ｂａ…面
１２…燃料電池 ５０…シール用ビード
６０…ビードベース ６４…頂部
７０…ゴムシール ８０、８０Ａ…スクリーン印刷装置
８４…スクリーン ８６…スキージ
８８、９４…ストッパ部 ９０…覆い部
９２…開口 Ｗ…ワーク
１２…燃料電池 ５０…シール用ビード
６０…ビードベース ６４…頂部
７０…ゴムシール ８０、８０Ａ…スクリーン印刷装置
８４…スクリーン ８６…スキージ
８８、９４…ストッパ部 ９０…覆い部
９２…開口 Ｗ…ワーク
Claims (4)
- 基部と、前記基部から突出した凸部と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して、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ゴムシールの製造方法であって、
前記基部のうち前記凸部の隣接位置において、前記スクリーンと前記ワークとの間にストッパ部を配置した状態で、前記スクリーンの面方向に沿ってスキージを移動させ、前記頂部に前記液状材料を塗布するに際し、
前記ストッパ部の厚みは、前記凸部の高さの６０％～９５％であり、
前記開口の縁から前記ストッパ部までの間隔は、前記開口の幅に対して１０％～５０％の範囲に設定され、
前記ストッパ部の幅は、前記凸部の幅よりも幅広に設定されている
ゴムシールの製造方法。 - 請求項１記載のゴムシールの製造方法において、
前記ストッパ部は、前記スクリーン又は前記ワークに接合されている
ゴムシールの製造方法。 - 請求項１又は２記載のゴムシールの製造方法において、
前記ワークは、燃料電池に適用される金属セパレータであり、
前記金属セパレータは、当該金属セパレータの面から突出し且つ当該金属セパレータに一体成形された前記凸部であるビードベース上に、前記ゴムシールが形成される
ゴムシールの製造方法。 - 請求項３記載のゴムシールの製造方法において、
前記金属セパレータは、前記燃料電池の発電時に反応ガスを流通させる反応ガス流路を有し、
前記スキージは、前記金属セパレータの前記反応ガスの流通方向に沿って移動する
ゴムシールの製造方法。
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