KR20150142686A - 기재 일체형 개스킷의 제조 방법 - Google Patents

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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

성형시에 있어서의 고무 버(burr)의 발생을 억제함에 따라, 버의 제거나 금형 청소를 위한 공정수를 삭감할 수 있으며, 아울러, 성형 재료의 폐기량을 삭감하는 것이 가능하고, 더욱이 금형을 이용하여 복수의 개스킷을 동시에 성형할 때 금형이 평면 상 대형화되지 않으며, 이에 따라, 제조 효율이 좋은 기재 일체형 개스킷의 제조 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 셀룰로오스를 주성분으로 하는 펄프 섬유로 이루어진 섬유 기재와 고무상(狀) 탄성체로 이루어진 개스킷 본체를 고무 함침(含浸)에 의해 일체화하는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법으로서, 복수 단(段)의 고무 금형에 의한 사출 성형을 실시함으로써 기재 일체형 개스킷을 복수 개 얻는다. 또한, 금형에 있어서의 고무 재료 유동 경로를 폐색(閉塞)한 섬유 기재에 대해 고무 재료를 그 사출압(射出壓)으로 관통시킴으로써 복수 단의 금형 캐비티에 고무 재료를 충전(充塡)한다.

Description

기재 일체형 개스킷의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SUBSTRATE-INTEGRATED GASKET}
본 발명은, 시일(seal) 기술에 관련된 개스킷의 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 기재(基材)에 대해 개스킷 본체를 일체로 성형한 기재 일체형 개스킷의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기재 일체형 개스킷은, 예컨대, 연료 전지용 개스킷으로서 이용되거나, 또는 기타 일반적인 개스킷으로서 이용된다.
앞으로의 연료 전지의 보급에는 세퍼레이터(separator)나 개스킷 등의 소형화, 저(低)비용화가 필요하다. 개스킷에 대해서는, 고무 단체(單體)로 이루어진 개스킷이 유망하지만, 성형시의 버(burr) 처리나 공정 내에서의 핸들링에 의한 공정수 증가가 과제가 되고 있다. 예컨대, 도 7의 (A)에 나타낸 개스킷(51)을 제조하는 경우, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이 금형(52)에 평면도(平面度)나 평행도(平行度)의 부족으로 인한 틈새(d)가 존재하면, 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이 박막(薄膜) 형상의 고무 버(53)가 발생하여, 버의 제거나 금형 청소를 위한 공정수가 필요해진다. 또한, 버 처리 후의 성형품에는, 뒤틀림이 발생하기 쉽다는 등, 취급성에 과제가 있어, 다단(多段)에서의 임프레션(impressions)에서는 성형품 이형(離型) 후의 공정수 증가를 피할 수 없다. 또한, 고무 단체로 이루어진 개스킷은, 공정 내에서의 핸들링시에 척킹(chucking)하는 것이 어렵다.
또한, 개스킷에 대해서는, 사출 성형의 채용에 의해 성형 재료(고무 재료)의 폐기량을 삭감하는 것이 가능한데, 금형을 이용하여 복수의 개스킷을 동시에 성형하는 경우, 복수의 제품 캐비티(cavity) 공간을 금형의 동일 평면 상(금형의 몰드 클램핑(mold clamping) 및 몰드 오프닝(mold opening) 방향과 직교하는 방향)에 늘어놓으면, 금형이 대형화되고, 제조 효율이 좋지 않다.
참고로, 금형을 이용하여 복수의 성형품을 동시에 성형하는 기술이 하기 특허 문헌 1의 공보에 게재되어 있으나, 상기 종래 기술은, 사출 성형이 아니라, 압축 성형용의 성형기이다.
일본 특허공개공보 제2006-026923호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여, 성형시에 있어서의 고무 버의 발생을 억제함으로써, 버의 제거나 금형 청소를 위한 공정수를 삭감할 수 있는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 아울러, 성형 재료의 폐기량을 삭감하는 것이 가능하고, 게다가, 금형을 이용하여 복수의 개스킷을 동시에 성형할 때 금형이 평면 상 대형화되지 않고, 이에 따라 제조 효율이 좋은 기재 일체형 개스킷의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 청구항 1에 따른 기재 일체형 개스킷의 제조 방법은, 셀룰로오스를 주(主)성분으로 하는 펄프 섬유로 이루어진 섬유 기재와 고무상(狀) 탄성체로 이루어진 개스킷 본체를 고무 함침(含浸)에 의해 일체화하는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법으로서, 복수 단(段)의 고무 금형에 의한 사출 성형을 실시함으로써 상기 기재 일체형 개스킷을 복수 개 얻는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 2에 따른 기재 일체형 개스킷의 제조 방법은, 상기한 청구항 1에 기재된 제조 방법에 있어서, 상기 금형에 있어서의 고무 재료 유동 경로를 폐색(閉塞)한 상기 섬유 기재에 대해 고무 재료를 그 사출압(射出壓)으로 관통시킴으로써 복수 단의 금형 캐비티에 상기 고무 재료를 충전(充塡)하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 3에 따른 기재 일체형 개스킷의 제조 방법은, 상기한 청구항 1 또는 2에 기재된 제조 방법에 있어서, 상기 고무 함침에 의해 고무 재료는 그 가교(架橋) 후, 상기 섬유 기재의 섬유의 얽힘(fiber entanglement)을 고정화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 4에 따른 기재 일체형 개스킷의 제조 방법은, 상기한 청구항 1, 2 또는 3에 기재된 제조 방법에 있어서, 상기 기재 일체형 개스킷은, 연료 전지용 개스킷인 것을 특징으로 한다.
상기 구성을 구비한 본 발명의 제조 방법에 있어서는, 불수용성(不水溶性)의 섬유 원료, 구체적으로는 셀룰로오스를 주(主)성분으로 하는 펄프 섬유로 이루어진 섬유 기재와 고무상 탄성체로 이루어진 개스킷 본체를 일체화(일체로 성형)함으로써 기재 일체형 개스킷을 제조한다. 섬유 기재는 다공질(多孔質) 기재이며, 다공질 기재에 대한 고무의 일체화는 접착제 등이 불필요하며, 기재에 대한 고무 함침에 의한다. 상기 함침에는, 고무 재료로서 액상 고무를 이용한다. 또한, 금형 캐비티에 대한 고무 재료의 충전에 대해서는, 금형에 있어서의 고무 재료 유동 경로를 폐색한 섬유 기재에 대해 고무 재료를 그 사출압으로 관통시킴으로써 복수 단의 금형 캐비티에 고무 재료를 충전하므로, 섬유 기재에 재료 유로로서의 스루홀(관통 구멍)을 가공할 필요는 없다.
통상적으로, 종이는 물에 녹는다는 인상이 있지만, 섬유 길이에 따른 섬유의 얽힘을 제어함으로써 수중(水中)에서의 섬유 분산성을 억제하고 있으며, 주성분인 셀룰로오스 섬유는 내수성(耐水性), 내산성(耐酸性), 염기성을 가지고 있다. 단, 물에 의한 셀룰로오스의 팽윤(膨潤)이 섬유의 파단(破斷)을 발생시키는 것은 염려가 되는 사항이다. 따라서, 액상 고무 함침에 의해 상기 섬유의 얽힘을 고정화시킴으로써 섬유의 얽힘을 유지시키고, 나아가, 섬유 주위의 함침 고무에 의해 섬유의 팽윤을 억제한다.
이러한 섬유 기재를 인서트(insert) 부품으로 하여 인서트 성형을 실시함으로써, 성형시의 고무 버의 발생이 억제되어, 버의 처리나 금형 청소를 위한 공정수가 삭감된다. 또한, 기재를 구비하는 개스킷은 성형 후의 공정에서의 취급성이 우수하기 때문에, 핸들링의 자동화에 활용 가능하다.
한편, 복수 단으로 이루어진 고무 금형을 사용함으로써 개스킷을 복수 개 얻는 것이 가능해지는데, 실제로는 버의 처리나 핸들링 공정수의 증가로 인해 복수 개를 얻는 효과는 그다지 크지 않다. 그러나 상술한 특징을 활용함으로써, 버의 처리가 불필요하고 섬유 기재부를 핸들링에 활용할 수 있어, 고무 가공 비용의 대폭적인 저감이 가능해진다. 참고로, 핸들링 기능을 부가하기 위해 섬유 기재부의 일부에 고무를 형성시키는 등, 종래의 기재 일체형 개스킷의 기술도 활용할 수 있다. 또한, 섬유 기재로서 저렴한 복사 용지 등을 이용함으로써, 부품 비용의 저감도 가능해진다.
본 발명은, 이하와 같은 효과를 나타낸다.
즉, 본 발명에 의하면 위에서 설명한 바와 같이, 기재로서 셀룰로오스를 주성분으로 하는 펄프 섬유로 이루어진 섬유 기재를 이용하며, 상기 섬유 기재는 금형의 평면도나 평행도의 부족을 보충하여 금형 파팅(parting)부의 틈새를 폐색할 수 있기 때문에, 성형시에 있어서의 고무 버의 발생을 억제하여, 버의 처리나 금형 청소를 위한 공정수를 삭감할 수 있다. 기재 일체형 개스킷은 기재를 구비하고 있기 때문에, 성형 후의 공정에서의 취급성이 우수하다. 섬유 기재는 다공질 기재이며 고무 재료가 사출압에 의해 관통하기 때문에, 스루홀을 설치할 필요는 없다. 고무 재료는 가교 후, 섬유 기재의 섬유 얽힘을 고정화시키기 때문에, 섬유의 분산·팽윤을 억제할 수 있다. 또한, 금형을 이용하여 개스킷을 성형할 때 사출 성형을 실시하기 때문에, 성형 재료의 폐기량을 삭감하는 것이 가능해질 뿐만 아니라, 복수 단으로 이루어진 고무 금형을 이용하여 복수 개의 개스킷을 얻기 때문에, 금형이 평면 상 대형화되지 않으며, 이에 따라 금형의 설치 면적이 작아도 되는 등, 제조 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 기재 일체형 개스킷은 예컨대 연료 전지용 개스킷이다. 따라서 연료 전지용 개스킷을 제조하는 기술 분야에 있어서, 상기의 작용 효과를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법의 실시에 사용하는 금형의 몰드 오프닝(mold opening)시·사출 전의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 2는, 상기 금형의 몰드 클램핑(mold clamping)시·사출 전의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은, 상기 금형의 몰드 클램핑시·사출 후의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는, 도 3의 일부 확대도이다.
도 5는, 상기 금형의 사출 가교 후·몰드 오프닝시의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A)는 이형 후의 성형품의 사시도이고, 도 6의 (B)는 도 6의 (A)에 있어서의 B-B선에 따른 단면도이고, 도 6의 (C)는 기재 절단 후의 제 1 예를 나타낸 단면도이고, 도 6의 (D)는 기재 절단 후의 제 2 예를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A)는 종래예에 따른 개스킷의 단면도이고, 도 7의 (B)는 종래예에 따른 금형의 문제 발생 상태를 나타낸 단면도이고, 도 7의 (C)는 종래예에 따른 개스킷의 문제 발생 상태를 나타낸 단면도이다.
다음으로는, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법의 실시에 이용하는 금형(1)의 단면(斷面)을 나타내고 있다. 상기 금형(1)은, 사출 성형용의 고무 금형이며, 동일 형태·동일 사이즈인 복수(본 실시예에서는 4개)의 제품 캐비티 공간(51)이 해당 금형(1)의 몰드 클램핑 및 몰드 오프닝 방향(도면에서는 상하 방향)으로 소정의 간격을 두고 나란히 설치되며, 해당 금형(1)을 이용하여 동일 형태·동일 사이즈인 복수(본 실시예에서는 4개)의 성형품(기재 일체형 개스킷)을 동시에 성형하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 금형(1)은, 해당 금형(1)의 몰드 클램핑 및 몰드 오프닝 방향으로 적층 배치된 제 1 내지 제 6에 걸친 6매(枚)의 분할 몰드(11∼16)를 구비하며, 이 중 스프루(sprue ;21)를 설치한 제 1 몰드(상부 몰드)(11) 이외의, 제 2 몰드(제 1 중간 몰드)(12) 및 제 3 몰드(제 2 중간 몰드)(13)의 파팅부, 제 3 몰드(13) 및 제 4 몰드(제 3 중간 몰드)(14)의 파팅부, 제 4 몰드(14) 및 제 5 몰드(제 4 중간 몰드)(15)의 파팅부 및 제 5 몰드(15) 및 제 6 몰드(하부 몰드)(16)의 파팅부에 각각 제품 캐비티 공간(51)이 설치되어 있다.
참고로, 상기 금형(1)은, 평면(in plane) 직사각형의 프레임 형상을 나타내는 고무상 탄성체(액상 고무)로 이루어진 연료 전지용 개스킷을 복수 개 얻는 것을 상정(想定)하고 있으므로, 복수의 제품 캐비티 공간(51)도 각각 평면 직사각형의 프레임 형상으로 되어 있다.
또한, 상기 금형(1)은, 플레이트 형상의 인서트 부품으로서, 셀룰로오스를 주성분으로 하는 펄프 섬유로 이루어진 플레이트 형상의 섬유 기재(102)를 세트한 상태에서 양면(兩面) 타입의 연료 전지용 개스킷을 일체로 성형(인서트 성형)하는 것을 상정하고 있으므로, 제 2 몰드(12) 및 제 3 몰드(13)의 사이, 제 3 몰드(13) 및 제 4 몰드(14)의 사이, 제 4 몰드(14) 및 제 5 몰드(15)의 사이, 및 제 5 몰드(15) 및 제 6 몰드(16)의 사이에 각각 상기 플레이트 형상의 섬유 기재(102)가 배치되어 있다.
또한, 금형(1)은, 복수의 제품 캐비티 공간(51)에 통하는 스프루(21), 런너(runner; 31) 및 게이트(41)를 구비하고 있다.
스프루(21)는, 제 1 몰드(11)의 평면 중앙에서 노즐 터치(nozzle touch)하도록 개구(開口)되며, 여기로부터 해당 금형(1)의 몰드 클램핑 및 몰드 오프닝 방향의 일방(一方)(도면에서는 하방(下方))을 향해 수직 하방의 제 2 몰드(12)의 상면(上面)까지 설치되어 있다.
런너(31)는, 스프루(21)로부터 해당 금형(1)의 몰드 클램핑 및 몰드 오프닝 방향과 직교하는 방향(도면에서는 좌우 방향)을 향해 연장하여 설치된 직교 런너부(32)와, 직교 런너부(32)의 선단(先端)으로부터 해당 금형(1)의 몰드 클램핑 및 몰드 오프닝 방향과 평행한 방향의 일방을 향해 연장하여 설치된 평행 런너부(33)를 구비하고 있다. 직교 런너부(32)는, 스프루(21)를 설치한 제 2 몰드(12)의 상면에 설치되어 있다. 평행 런너부(33)는, 복수의 제품 캐비티 공간(51)과 동일한 평면 상(上)에 설치되며, 결과적으로, 제품 캐비티 공간(51)과 상하 방향으로 번갈아 설치되어 있다. 구체적으로는 이하와 같이 되어 있다.
제 2 몰드(12)에는, 그 상면에 직교 런너부(32)가 설치되는 동시에 그 하면(下面)에 제 1 단(段)의 제품 캐비티 공간(51) 중 상측 절반(上半)의 공간이 설치되어 있으므로, 상기 직교 런너부(32)와 제 1 단의 제품 캐비티 공간(51)을 연통(連通)시키도록 제 1 단의 평행 런너부(33)가 설치되어 있다.
제 3 몰드(13)에는, 그 상면에 제 1 단의 제품 캐비티 공간(51) 중 하측 절반(下半)의 공간이 설치되는 동시에 그 하면에 제 2 단의 제품 캐비티 공간(51) 중 상측 절반의 공간이 설치되어 있으므로, 상기 제 1 단의 제품 캐비티 공간(51)과 제 2 단의 제품 캐비티 공간(51)을 연통시키도록 제 2 단의 평행 런너부(33)가 설치되어 있다.
제 4 몰드(14)에는, 그 상면에 제 2 단의 제품 캐비티 공간(51) 중 하측 절반의 공간이 설치되는 동시에 그 하면에 제 3 단의 제품 캐비티 공간(51) 중 상측 절반의 공간이 설치되어 있으므로, 상기 제 2 단의 제품 캐비티 공간(51)과 제 3 단의 제품 캐비티 공간(51)을 연통시키도록 제 3 단의 평행 런너부(33)가 설치되어 있다.
제 5 몰드(15)에는, 그 상면에 제 3 단의 제품 캐비티 공간(51) 중 하측 절반의 공간이 설치되는 동시에 그 하면에 제 4 단의 제품 캐비티 공간(51) 중 상측 절반의 공간이 설치되어 있으므로, 상기 제 3 단의 제품 캐비티 공간(51)과 제 4 단의 제품 캐비티 공간(51)을 연통시키도록 제 4 단의 평행 런너부(33)가 설치되어 있다.
이들 평행 런너부(33)는, 금형(1)의 몰드 클램핑 및 몰드 오프닝 방향과 평행한 동일 직선 상에 배치되어 있다. 또한, 이들 평행 런너부(33)는 각각, 성형 재료의 흐름의 상류측(도면에서는 상방)으로부터 하류측(도면에서는 하방)을 향해 그 개구 단면적이 서서히 축소되는 테이퍼(taper) 구조로 이루어지며, 그 가장 좁아진 하단부에 각각 게이트(41)가 설치되어 있다.
도 1은, 금형(1)의 몰드 오프닝시·고무 재료(미(未)가교 고무) 사출 전의 상태를 나타내고 있으며, 이 상태에서 도시한 바와 같이, 제 2 내지 제 6의 분할 몰드(12∼16) 사이에 각각 플레이트 형상의 섬유 기재(102)를 세트한다.
그런 다음, 도 2에 나타낸 바와 같이 몰드 클램핑하여, 제 2 내지 제 6의 분할 몰드(12∼16) 사이에 각각 플레이트 형상의 섬유 기재(102)를 끼워 넣는다. 상기 재질로 이루어진 섬유 기재(102)는 몰드 클램핑력(mold clamping force)에 의해 두께 방향으로 약간 변형되는 유연성을 구비하고 있으므로, 금형(1)의 각 분할 몰드에 평면도나 평행도의 편차가 있더라도, 이러한 편차를 흡수하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 3에 나타낸 바와 같이 고무 재료(G)를 사출하고, 사출한 고무 재료(G)를 모든 단(全段)에 걸친 제품 캐비티 공간(51)에 충전한다. 이때, 스프루(21)로부터 최하단(最下段)의 제 6 몰드(16)에 이르는 고무 재료(G)의 유동 경로는, 제 2 내지 제 6의 분할 몰드(12∼16) 사이에 끼운 플레이트 형상의 섬유 기재(102)에 의해 곳곳이 폐색된 상태로 되어 있는데, 사출된 고무 재료(G)는 그 사출압에 의해 섬유 기재(102)의 공극부(空隙部)를 관통하여, 최종적으로 최하단인 제 6 몰드(16)까지 도달한다. 이때의 섬유 기재(102)의 단면(斷面)을 미크로(micro)적으로 보면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 고무 재료(G)가 관통한 게이트(41) 수직 하방의 기재 관통부(102A)의 공극은 고무 재료(G)로 조밀하게 충전되고, 고무 재료 근방 범위(기재 관통부(102A) 이외의 제품 캐비티 공간(51) 근방 범위)(102B)의 공극은 고무 재료(G)에 의해 함침되어 있다.
다음으로, 고무 재료(G)의 가교 공정을 실시하고, 나아가 몰드 오프닝을 행한다. 도 5는 사출 가교 후·몰드 오프닝시의 상태를 나타낸 것으로서, 셀룰로오스를 주성분으로 하는 펄프 섬유로 이루어진 섬유 기재(102)와 고무상 탄성체(가교 고무)로 이루어진 개스킷 본체(103)가 고무 함침에 의해 일체화된 성형품(기재 일체형 개스킷)(101)을 이형하는 것이 가능해진다. 상기 이형에는, 도 6의 (A) 및 (B)에 나타낸 핸들링부(섬유 기재(102) 중 개스킷 본체(103)에 매설(埋設)되어 있지 않은 부분)(102C)를 활용할 수 있기 때문에, 이형의 자동화가 용이해진다. 또한, 종래예(도 7의 (C))와 같은 박막 형상의 고무 버(53)가 발생하지 않기 때문에, 버에서 유래하는 금형 청소가 불필요해진다. 더 나아가서는, 이형 후의 반송 등의 공정에서도, 핸들링부(102C)를 활용함으로써 대폭적인 공정수의 삭감을 기대할 수 있다.
다음으로, 성형품(101) 중, 제품으로서 불필요한 부분을 절단한다. 도 6의 (C)는, 도 6의 (A) 및 (B)의 성형품(101)에 있어서의 섬유 기재(102)의 외주부(外周部)를 고무 불필요부(不要部)와 함께 절단한 형상이 되어, 이것으로 제품의 한 형태가 된다. 또한, 도 6의 (D)는, 도 6의 (A) 및 (B)의 성형품(101)에 있어서의 섬유 기재(102)의 내주부 및 외주부를 고무 불필요부와 함께 절단한 형상이 되어, 이것도 이것으로 제품의 한 형태가 된다. 따라서 섬유 기재(102) 중 개스킷 본체(103)에 매설되어 있지 않은 부분에 대해서는, 그 일부가 제품으로서 남겨지는 양태와, 그 전부(全部)가 불필요하여 절단되는 양태가 있는데, 본 발명의 개스킷에는 이 두 가지의 양태가 모두 포함된다.
1 : 금형
11∼16 : 분할 몰드
21 : 스프루
31 : 런너
32 : 직교 런너부
33 : 평행 런너부
41 : 게이트
51 : 제품 캐비티 공간
101 : 성형품
102 : 섬유 기재
102A : 기재 관통부
102B : 고무 재료 근방 범위
102C : 핸들링부
103 : 개스킷 본체

Claims (4)

  1. 셀룰로오스를 주성분으로 하는 펄프 섬유로 이루어진 섬유 기재(基材)와 고무상(狀) 탄성체로 이루어진 개스킷 본체를 고무 함침(含浸)에 의해 일체화하는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법으로서,
    복수 단(段)의 고무 금형에 의한 사출 성형을 실시함으로써 상기 기재 일체형 개스킷을 복수 개 얻는 것을 특징으로 하는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금형에 있어서의 고무 재료 유동 경로를 폐색(閉塞)한 상기 섬유 기재에 대해 고무 재료를 그 사출압(射出壓)으로 관통시킴으로써 복수 단의 금형 캐비티에 상기 고무 재료를 충전(充塡)하는 것을 특징으로 하는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고무 함침에 의해 고무 재료는 그 가교(架橋) 후, 상기 섬유 기재의 섬유의 얽힘을 고정화시키는 것을 특징으로 하는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 일체형 개스킷은, 연료 전지용 개스킷인 것을 특징으로 하는 기재 일체형 개스킷의 제조 방법.
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