KR102634954B1 - 개스킷 및 그 제조방법 - Google Patents

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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 러버 온리 타입 개스킷의 취급 작업성을 향상시키고, 아울러, 개스킷 본체 및 캐리어 필름이 점착되어 있어도 개스킷 본체로부터 캐리어 필름을 떼어내기 쉬운 구조를 제공하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 러버 온리 타입의 개스킷 본체와, 개스킷 본체를 떼어낼 수 있게 유지하는 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름의 조합으로 이루어지고, 캐리어 필름에 있어서의 개스킷 본체와 평면상 겹치는 부위에, 개스킷 본체의 외형 형상을 따라서 변형된 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부를 설치한다. 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부는, 개스킷 본체의 일방(一方)의 측면을 유지하지 않고 타방(他方)의 측면 및 하면만을 유지하는 단차(段差) 형상으로 되어 있다.

Description

개스킷 및 그 제조방법
[0001] 본 발명은, 시일(seal) 기술과 관련되는 개스킷과 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 개스킷은 예컨대, 연료 전지용 개스킷으로서 이용되거나, 또는 그 밖의 용도의 일반 개스킷으로서 이용된다.
[0002] 연료 전지용 개스킷에는, 고무상(狀)(rubber-like) 탄성체(러버)제(製)의 개스킷 단품으로 이루어지는 러버 온리(rubber-only) 타입의 개스킷, 고무상 탄성체제의 개스킷을 세퍼레이터에 일체 성형한 세퍼레이터 일체 개스킷, 고무상 탄성체제의 개스킷을 GDL(가스 확산층)에 일체 성형한 GDL 일체 개스킷 등 다양한 구성의 개스킷이 있다.
[0003] 이들 개스킷은 각각 특징을 가지고 있는데, 최근, 저비용화의 요구가 강하기 때문에, 이러한 요구를 만족할 수 있는 러버 온리 타입의 개스킷이 주목받고 있다.
[0004] 러버 온리 타입의 개스킷은 예컨대, 도 4에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다.
[0005] 즉, 개스킷(11)의 전체적으로 평면 형상(평판 형상)이 되며, 연료 전지의 반응면의 주위를 전체 둘레에 걸쳐 시일하기 위한 외주 시일부(12)가 평면 직사각형(長方形)의 프레임 형상으로 설치되어 있다. 또, 연료 전지의 반응면과 각 매니폴드(manifold)부를 구획할 필요가 있기 때문에, 외주 시일부(12)의 내측(네 모서리 각각)에 내측 시일부(13)가 일체로 설치되어 있다. 개스킷(11)의 단면(斷面) 형상은 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 단면이 원형으로 되어 있다.
[0006] 일본 특허공개공보 제2014-60133호(도 1 등에 있어서의 개스킷(3) 참조)
[0007] 그러나, 이러한 러버 온리 타입의 연료 전지용 개스킷(11)에는, 이하의 점에서 한층 더 개량의 여지가 있다.
[0008] 즉, 상기 연료 전지용 개스킷(11)은 일반적으로, 평면 외형이 400㎜×300㎜ 정도의 크기로 되어 있는 한편으로 그 단면 형상(선경(線徑))이 1㎜ 내지 수 ㎜ 정도로 작게 설정되어 있다. 따라서 반송 시나 스태킹(stacking) 시에 개스킷(11) 단일체에서는 뒤틀림이 생기기 쉬운 것이어서, 그 취급 작업성(핸들링성)이 좋지 않다.
[0009] 본 발명은 이상의 사항을 감안하여, 러버 온리 타입 개스킷의 취급 작업성을 향상시킬 수 있고, 아울러, 개스킷 본체 및 캐리어 필름이 점착되어 있어도 개스킷 본체로부터 캐리어 필름을 떼어내기 쉬운 구조의 개스킷을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[0010] 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 개스킷은, 러버 온리 타입의 개스킷 본체와, 상기 개스킷 본체를 떼어낼 수 있게 유지하는 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름의 조합으로 이루어지고, 상기 캐리어 필름에 있어서의 상기 개스킷 본체와 평면상 겹치는 부위에, 상기 개스킷 본체의 외형 형상을 따라서 변형된 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부를 설치하며, 상기 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부는, 상기 개스킷 본체의 일방(一方)의 측면을 유지하지 않고 타방(他方)의 측면 및 하면만을 유지하는 단차(段差) 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
[0011] 본 발명에서는, 러버 온리 타입의 개스킷 본체를 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름으로 유지함으로써, 개스킷의 취급 작업성을 향상시킨다. 개스킷 본체와 캐리어 필름은 서로 접착되지 않고, 이 때문에 스태킹 시에 개스킷 본체로부터 캐리어 필름을 떼어내어 개스킷 본체만을 스태킹할 수 있게 된다.
[0012] 개스킷 본체는 평면 형상(평판 형상)이며, 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름도 평면 형상(평판 형상)이기 때문에, 개스킷 본체를 캐리어 필름 위에 올려놓은 것만으로는, 개스킷 본체를 캐리어 필름에 의해 확실히 유지할 수 없을 것이 우려된다. 따라서, 이에 대한 대책을 위해서는, 캐리어 필름에 있어서의 개스킷 본체와 평면상 겹치는 부위에, 개스킷 본체의 외형 형상을 따라서 변형된 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부를 설치하는 것이 적합하며, 이에 의하면 개스킷 본체가 개스킷 유지부에 의해 입체적으로 유지되기 때문에, 개스킷 본체를 캐리어 필름에 의해 확실히 유지할 수 있게 된다.
[0013] 상기한 바와 같이 개스킷 본체 및 캐리어 필름은 비접착이 되지만, 개스킷 본체의 재질 상의 특성이나 성형 과정의 상황 등에 따라 양자(兩者)가 점착된 상태가 되는 경우가 있으며, 이러한 경우, 점착력이 강하면, 개스킷 본체로부터 캐리어 필름을 떼어내기 어려워질 것이 염려된다. 이에 본 발명에서는, 개스킷 유지부의 형상을 개스킷 본체의 일방의 측면을 유지하지 않고 타방의 측면 및 하면만을 유지하는 캔틸레버(cantilever) 타입의 단차 형상으로 하고, 이로써 점착 면적을 한정하여, 양자가 점착되어 있어도 개스킷 본체로부터 캐리어 필름을 용이하게 떼어낼 수 있도록 하였다.
[0014] 본 발명의 개스킷은 예컨대, 연료 전지용 개스킷으로서 이용된다. 연료 전지는 스택 적층 수가 많기 때문에 개스킷에는 그 두께가 작을 것이 요구되며, 두께가 작은 개스킷은 뒤틀리기 쉽기 때문에, 취급 작업성이 좋지 않다. 따라서 이와 같이 두께가 작아 뒤틀리기 쉬운 연료 전지용 개스킷의 분야에 있어서, 개스킷 본체를 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름과 조합하여 취급 작업성을 향상시키는 것은, 스태킹 작업의 효율화를 도모함에 있어, 매우 유효하다.
[0015] 개스킷의 제조방법으로서는, 개스킷 본체를 성형하는 금형의 파팅부(parting portions)에 평면 형상의 캐리어 필름을 끼워 넣은 상태에서 금형을 몰드 클램핑하는 공정과, 금형으로 개스킷 본체를 성형하고, 이때 성형 재료 충전 압력에 의해 캐리어 필름의 평면상 일부를 금형 캐비티 내면을 따라서 변형시켜 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부를 성형하는 공정과, 개스킷 본체의 성형 후, 형 개방하고 나서, 개스킷 본체 및 캐리어 필름을 동시에 금형으로부터 꺼내는 공정을 차례로 실시한다. 캐리어 필름은 당초, 평면 형상이었던 것이, 성형 재료 충전 압력을 이용해 일부가 입체화되고, 입체화된 부위에 있어서 개스킷 본체와 피트(fit)되기 때문에, 유지력이 높은 것이다.
[0016] 본 발명에 의하면, 러버 온리 타입의 개스킷 본체와 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름을 조합하도록 했기 때문에, 러버 온리 타입의 개스킷의 취급 작업성을 향상시킬 수가 있다. 또, 개스킷 유지부의 형상을 개스킷 본체의 일방의 측면을 유지하지 않고 타방의 측면 및 하면만을 유지하는 단차 형상으로 했기 때문에, 개스킷 본체 및 캐리어 필름이 점착되어 있어도 개스킷 본체로부터 캐리어 필름을 용이하게 떼어낼 수가 있다.
[0017] 도 1은 본 발명의 실시예와 관련되는 개스킷을 나타내는 도면인데, (A)는 그 평면도이고, (B)는 그 주요부 확대 단면도로서 (A)에 있어서의 C-C선 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예와 관련되는 개스킷의 제조방법의 공정 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시예와 관련되는 개스킷의 취급방법의 설명도이다.
도 4는 종래예와 관련되는 개스킷을 나타내는 도면인데, (A)는 그 평면도이고, (B)는 그 주요부 확대 단면도로서 (A)에 있어서의 B-B선 확대 단면도이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 모두 각각 비교예와 관련되는 개스킷의 주요부 단면도이다.
[0018] 다음으로 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.
[0019] 도 1에 나타낸 바와 같이 해당 실시예와 관련되는 개스킷(11)은, 러버 온리 타입의 개스킷 본체(21)와, 이 개스킷 본체(21)를 떼어낼 수 있게 유지하는 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름(31)의 조합에 의해 구성되어 있다. 개스킷 본체(21) 및 캐리어 필름(31)은 접착되어 있지 않지만, 서로 점착되어 있는 경우가 있다. 개스킷 본체(21)는 캐리어 필름(31)을 떼어내고, 개스킷 본체(21)만으로 예컨대 연료 전지용 개스킷으로서 이용된다. 캐리어 필름(31)은, 캐리어 시트 또는 개스킷 유지부재라고도 불린다.
[0020] 개스킷 본체(21)는, 소정의 고무상(狀) 탄성체(예컨대 VMQ, PIB, EPDM, FKM 등)에 의해 전체적으로 평면 형상(평판 형상)으로 성형되며, 연료 전지의 반응면의 주위를 전체 둘레에 걸쳐 시일하는 외주 시일부(22)가 평면 직사각형의 프레임 형상으로 설치되어 있다. 또, 연료 전지의 반응면과 각 매니폴드부를 구획하기 위해, 외주 시일부(22)의 내측(네 모서리 각각)에 내측 시일부(23)가 일체로 설치되어 있다. 개스킷 본체(21)의 단면 형상은 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이 단면 D자형(가로로 D자형)이 되며, 즉 단면 직사각형의 개스킷 베이스부(24)의 상부에 단면 원호형(반원형)의 시일 립(25)이 일체로 설치된 형상으로 되어 있다. 부호 26은, 개스킷 본체(21)를 그 두께 방향으로 관통하는 관통부(공간부)를 나타내고 있다. 개스킷 본체(21)는 전체적으로 평면 직사각형상으로 성형되며, 그 평면적인 크기는 외형이 대략 400㎜(세로)×대략 300㎜(가로)로 되어 있고, 그 두께 즉 선경이 대략 1㎜로 되어 있다.
[0021] 캐리어 필름(31)은, 소정의 수지 필름에 의해 평면 형상(평판 형상)으로 성형되며, 개스킷 본체(21)보다 한 사이즈 큰 평면 직사각형상으로 성형되어 있다. 수지 필름으로서는 예컨대, 두께 0.2㎜의 폴리프로필렌 필름을 사용하며, 이것을 상기한 크기의 평면 형상으로 재단하여 사용한다. 수지 필름으로서는 폴리프로필렌 외에, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 등 일반 수지재가 사용 가능하다. 또, 폴리아미드(PA) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등의 고성능 플라스틱으로 이루어지는 필름을 이용하는 것도 적합하고, 이러한 종류의 고성능 플라스틱으로 이루어지는 필름에 의하면, 개스킷 본체(21) 및 캐리어 필름(31)이 점착되기 어려워지고, 또 점착되어도 박리하기 쉬워진다. 필름의 두께에 대해서는, 개스킷 본체(21)의 선경이나 단면 형상에 따르기도 하지만, 0.1㎜~0.3㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.
[0022] 캐리어 필름(31)의 평면상 일부이자 개스킷 본체(21)와 평면상 겹치는 부위에, 개스킷 본체(21)의 외형 형상(개스킷 본체(21)의 단면 형상에 있어서의 외곽선)을 따라서 변형된 형상의 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부(입체부; 32)가 설치되어 있다.
[0023] 이 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부(32)는, 좌우 한 쌍의 홈 측면을 구비하는 홈 형상이 아닌, 높이가 다른 2면의 평면부(32a, 32b)가 필름 두께 방향의 기립부(32c)를 사이에 두고 연속된 단차 형상의 입체로서 형성되어 있으며, 따라서 단면 D자형(가로로 D자형)을 나타내는 개스킷 본체(21)의 상면(시일 립(25)의 상면; 21a) 및 일방(一方)의 측면(시일 립(25) 및 개스킷 베이스부(24)의 일방의 측면; 21b)을 유지하지 않고, 타방(他方)의 측면(개스킷 베이스부(24)의 타방의 측면; 21c) 및 하면(개스킷 베이스부(24)의 하면; 21d)만을 유지하는 단차 형상의 입체로서 설치되어 있다.
[0024] 상기 구성의 개스킷(11)에 있어서는, 러버 온리 타입의 개스킷 본체(21)가 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름(31)에 의해 유지되기 때문에, 개스킷(11)의 반송 시에 개스킷 본체(21)에 뒤틀림이 생기기 어려워, 반송하기 쉽다. 또, 개스킷 본체(21) 및 캐리어 필름(31)이 비접착이 되기 때문에, 스태킹 시에 개스킷 본체(21)로부터 캐리어 필름(31)을 용이하게 떼어낼 수 있게 된다. 따라서 러버 온리 타입의 개스킷(11)의 취급 작업성을 향상시킬 수가 있다.
[0025] 또, 캐리어 필름(31)에 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부(32)가 설치되고, 이 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부(32)가 개스킷 본체(21)를 유지하고 있기 때문에, 개스킷 본체(21)가 캐리어 필름(31)에 대해 평면상에 위치결정된다. 따라서 개스킷(11)의 반송 시에 개스킷 본체(21)가 캐리어 필름(31)에 대해 어긋나는 일이 없기 때문에, 개스킷 본체(21)를 캐리어 필름(31)에 의해 확실히 유지시킬 수가 있다.
[0026] 또, 상기한 바와 같이 개스킷 본체(21) 및 캐리어 필름(31)은 비접착으로 되어 있기 때문에, 스태킹 시에 개스킷 본체(21)로부터 캐리어 필름(31)을 용이하게 떼어낼 수 있게 되어 있는데, 후술하는 바와 같이 개스킷 본체(21)를 성형하는 금형(41, 도 2)에 캐리어 필름(31)을 삽입한 상태에서 개스킷 본체(21)를 성형할 때에, 성형한 개스킷 본체(21)가 점착성을 구비하고 있는 점 등이 원인이 되어, 개스킷 본체(21) 및 캐리어 필름(31)이 점착된 상태가 되는 경우가 있다. 이러한 점착은 척킹 장치(chucking device)에 의해 떼어낼 수 있을 정도로 점착력이 작은 경우가 많지만, 점착력이 강할 경우에는 개스킷 본체(21)로부터 캐리어 필름(31)을 떼어내기 어려워질 것이 우려된다.
[0027] 따라서, 해당 실시예에서는 상기한 바와 같이, 개스킷 유지부(32)가 단차 형상이 되며, 개스킷 본체(21)의 상면(21a) 및 일방의 측면(21b)을 유지하지 않고, 타방의 측면(21c) 및 하면(21d)만을 유지하는 형상으로 되어 있기 때문에, 이것에 의하면 양자(兩者)(21, 31)가 점착되어 있어도 개스킷 본체(21)로부터 캐리어 필름(31)을 용이하게 떼어낼 수가 있다.
[0028] 즉 비교예 1로서 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 개스킷 유지부(32)의 형상이 단차 형상이 아닌 홈 형상이 되는 경우에는, 이러한 홈 형상의 개스킷 유지부(32)가 개스킷 본체(21)의 일방의 측면(21b), 타방의 측면(21c) 및 하면(21d)의 3면을 유지하기 때문에, 점착 면적이 비교적 크고, 개스킷 본체(21)로부터 캐리어 필름(31)을 떼어내기가 어렵다. 이에 대해 상기 실시예에서는, 개스킷 유지부(32)가 단차 형상이 되어 개스킷 본체(21)의 2면(타방의 측면(21c) 및 하면(21d))만을 유지하기 때문에, 점착 면적이 비교적 작다. 따라서 개스킷 본체(21)로부터 캐리어 필름(31)을 떼어내기가 쉬워진다.
[0029] 또, 비교예 2로서 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부(32)가 생략되어 캐리어 필름(31)이 평면 형상인 채이면, 상기한 바와 같이 캐리어 필름(31)에 의해 개스킷 본체(21)를 확실히 유지할 수가 없다.
[0030] 따라서, 이들의 중용(中庸)으로서 본 발명의 실시예에서는 상기한 바와 같이, 개스킷 유지부(32)를 단차 형상으로 하여, 개스킷 본체(21)의 2면(타방의 측면(21c) 및 하면(21d))을 유지하도록 한 것이다.
[0031] 다음으로, 상기 개스킷(11)의 제조방법을 설명한다. 제조에는, 러버 온리 타입의 개스킷 본체(21)를 사출 성형하는 금형을 이용한다.
[0032] 공정으로서는 먼저, 소정 크기의 평면 형상으로 재단한 평면 형상의 캐리어 필름(31)을 준비하고, 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 이 캐리어 필름(31)을 금형(41)의 파팅부(44)에 끼워 넣은 상태로 금형(41)을 몰드 클램핑한다. 금형(41)은 상형(上型)(일방의 분할 금형; 42) 및 하형(下型)(타방의 분할 금형; 43)의 조합을 가지며, 양 분할 금형(42, 43)의 파팅부(44)에 각각 캐비티부(45)의 일부가 대응하여 형성되어 있다. 캐리어 필름(31)은 당초 그 전체 면이 평면 형상이기 때문에, 캐비티부(45) 내부를 가로지르는 상태가 된다.
[0033] 이어서, 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 캐비티부(45)에 개스킷 본체(21)를 성형하기 위한 성형 재료를 충전하고, 가열하는 등에 의해, 개스킷 본체(21)를 성형한다. 캐비티부(45)에 성형 재료를 충전했을 때, 캐리어 필름(31)은 그 평면 상의 일부가 성형 재료 충전 압력에 의해 캐비티부(45)의 내면에 밀어 붙여져, 캐비티부(45)의 내면을 따른 형태로 변형(소성변형)되고, 이로써 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부(32)가 성형된다.
[0034] 이어서, 도 2의 (C)에 나타낸 바와 같이, 개스킷 본체(21)의 성형 후, 형 개방하여, 도 2의 (D)에 나타낸 바와 같이, 개스킷 본체(21) 및 캐리어 필름(31)을 동시에 금형(41)으로부터 꺼낸다. 꺼낸 개스킷 본체(21) 및 캐리어 필름(31)은, 개스킷 본체(21)가 캐리어 필름(31)에 의해 유지된 조합 상태가 되고, 이러한 조합 상태로 제품의 반송이나 보관 등을 행한다. 캐리어 필름(31)에 의해 유지된 개스킷 본체(21)에는 뒤틀림 등이 생기기 어렵고, 따라서 개스킷 본체(21)를 단품으로 취급하는 경우보다 취급 작업성이 향상된다.
[0035] 개스킷 본체(21)를 연료 전지 스택에 조립 부착할 때에는, 도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이 캐리어 필름(31)을 진공 배기(evacuation) 장치(도시 생략, 진공 배기 방향을 화살표 D로 나타냄) 등에 의해 베이스 측에 흡착 고정한 상태에서, 개스킷 본체(21)를 척킹 장치(51) 등으로 잡고, 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 들어올려 캐리어 필름(31)으로부터 박리시킨다. 박리는 개스킷 본체(21)에 있어서의 일방의 측면(21b) 측으로부터 타방의 측면(21c) 측에 걸쳐 순서대로 떼어 내도록 실시함으로써(화살표 E), 한층 박리시키기가 쉬워진다.
[0036] 11; 개스킷
21; 개스킷 본체
21a; 개스킷 상면
21b; 일방(一方)의 측면
21c; 타방(他方)의 측면
21d; 하면
22; 외주 시일부
23; 내측 시일부
24; 개스킷 베이스부(基部)
25; 시일 립
26; 관통부
31; 캐리어 필름
32; 개스킷 유지부
32a, 32b; 평면부
32c; 기립부
41; 금형
42; 상형
43; 하형
44; 파팅부
45; 캐비티부
51; 척킹 장치

Claims (3)

  1. 러버 온리(rubber-only) 타입의 개스킷 본체와, 상기 개스킷 본체를 떼어낼 수 있게 유지하는 수지 필름으로 이루어지는 캐리어 필름의 조합으로 이루어지고,
    상기 캐리어 필름에 있어서의 상기 개스킷 본체와 평면상 겹치는 부위에, 상기 개스킷 본체의 외형 형상을 따라서 변형된 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부를 설치하며,
    상기 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부는 높이가 다른 2면의 평면부가 필름 두께 방향의 기립부를 사이에 두고 연속된 단차(段差) 형상의 입체로서 형성되어, 상기 개스킷 본체의 일방(一方)의 측면은 개스킷 유지부에 의해 유지하지 않고 상기 개스킷 본체의 타방(他方)의 측면 및 하면만이 상기 개스킷 유지부의 상기 기립부와 하방에 위치하는 상기 평면부에 의해 각각 유지되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    개스킷.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개스킷 본체는, 연료 전지 스택(stack)에 조립되는 연료 전지용 개스킷으로서 이용되는 것을 특징으로 하는
    개스킷.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 개스킷을 제조하는 방법으로서,
    상기 개스킷 본체를 성형하는 금형의 파팅부(parting portions)에 평면 형상의 상기 캐리어 필름을 끼워 넣은 상태에서 상기 금형을 몰드 클램핑하는 공정과,
    상기 금형으로 상기 개스킷 본체를 성형하고, 이때 성형 재료 충전 압력에 의해 상기 캐리어 필름의 평면상 일부를 금형 캐비티 내면을 따라서 변형시킴으로써 상기 입체 형상으로 이루어지는 개스킷 유지부를 성형하는 공정과,
    상기 개스킷 본체의 성형 후, 형 개방하고 나서, 상기 개스킷 본체 및 상기 캐리어 필름을 동시에 상기 금형으로부터 꺼내는 공정을 차례로 실시하는 것을 특징으로 하는
    개스킷의 제조방법.
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