WO2016199659A1 - 基板一体型ガスケットの製造方法 - Google Patents

基板一体型ガスケットの製造方法 Download PDF

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元 由井
哲也 浦川
健一 大場
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a substrate-integrated gasket by applying a gasket molding material to a surface of a substrate by screen printing.
  • each stacked fuel battery cell is provided with a sealing means for sealing fuel gas, oxidizing gas, etc., and as such a sealing means,
  • a gasket 2 made of a rubber elastic body (a rubber material or a synthetic resin material having rubber-like elasticity) having a flat upper surface is integrated on the surface of a substrate 1 such as a separator that is a component of a fuel cell.
  • a substrate-integrated gasket 10 molded into a substrate is known.
  • such a flat gasket is formed by screen printing and used in combination with a chevron-shaped raised protrusion or bead (see Patent Documents 1 and 2 below).
  • a predetermined printing pattern corresponding to the planar shape of the gasket is formed on the lower surface side of the screen 101 made of stainless mesh or the like.
  • the substrate 1 is positioned and abutted against the lower surface of the screen plate 100 having a structure in which the mask 102 having the paste application opening 102a is integrally provided, and is made of an uncrosslinked rubber material for molding a gasket supplied onto the screen plate 100.
  • the paste 300 is pushed out to the paste application opening 102a of the mask 102 by the travel of the squeegee 200 and adhered to the surface of the substrate 1, and then the substrate 1 is separated from the screen plate 100, thereby as shown in FIG.
  • a paste coating layer 300a is formed on the surface of 1 with a predetermined printing pattern That. Then, the coating layer 300a is crosslinked and cured by heat or the like, whereby the gasket 2 is integrated with the substrate 1 simultaneously with the molding as shown in FIG.
  • the coating layer 300a is liable to collapse in the process of separating the substrate 1 from the screen plate 100. Therefore, the cross-sectional shape of the coating layer 300a is actually (A) or (B) in FIG. In many cases, the curved surface becomes as shown in FIG. In addition, in this case, since the variation in the height h of the coating layer 300a also increases, there is a concern that the gasket formed with such a cross-sectional shape may have unstable sealing properties.
  • the present invention has been made in view of the above points, and a technical problem thereof is that a highly accurate cross-sectional gasket can be formed in manufacturing a substrate-integrated gasket using screen printing. There is.
  • the method for producing a substrate-integrated gasket according to the present invention includes a step of forming a coating layer of gasket molding paste on a surface of a substrate by screen printing, and a coating layer correcting member on the coating layer at a predetermined height. And a step of curing the coating layer by pressing (Claim 1).
  • the cross-sectional shape of the application layer of the gasket molding paste applied to the surface of the substrate by screen printing is corrected by the application layer correction member pressed onto the application layer after printing, and in that state Since the coating layer is cured to form a gasket, a highly accurate cross-sectional gasket is formed.
  • the present invention may further employ the following means in order to solve the above technical problem. That is, in the method for manufacturing a substrate-integrated gasket having the above structure (Claim 1), the gasket molding paste is made of an ultraviolet curable liquid rubber, the coating layer correcting member is made of a transparent plate, and the coating layer is cured by the coating layer correction. It is made by irradiating the coating layer with ultraviolet rays through a member (claim 2).
  • the coating layer correcting member that corrects the cross-sectional shape of the coating layer is made of a transparent plate, so that the coating layer made of the ultraviolet curable liquid rubber is irradiated with ultraviolet rays from above the coating layer correcting member to be crosslinked. Since it can be cured, the molding time of the gasket can be greatly shortened.
  • the coating layer correction member is flat (Claim 3).
  • the upper surface of the coating layer is shaped flat by the coating layer correcting member, it is possible to easily manufacture a substrate integrated gasket in which a gasket having a flat upper surface is integrally formed on the surface of the substrate. .
  • a gasket having a high-precision cross-sectional shape can be easily formed, and thus has excellent sealing properties.
  • a substrate-integrated gasket can be manufactured.
  • Explanatory drawing which shows the process of pressing the application layer correction member which consists of a transparent plate to an application layer, and hardening an application layer by ultraviolet irradiation in preferable 2nd embodiment of the manufacturing method of the board
  • An example of a substrate-integrated gasket is shown, in which (A) is a plan view and (B) is a cross-sectional view along line B-B ′ in (A).
  • It is explanatory drawing which shows the process in which a coating layer is formed on the surface of a board
  • a gasket forming paste 30 is applied to the surface of the substrate 1 by a screen printing apparatus 20.
  • the screen printing apparatus 20 includes a movable table 3 that can position and fix the substrate 1 on the upper surface and is moved up and down by an actuator (not shown), and a gasket disposed on the lower surface side of the screen 41 made of stainless mesh or the like.
  • a screen plate 4 having a structure in which a mask 42 having a paste application opening 42a having a predetermined printing pattern corresponding to the plane shape of the screen plate is integrally provided, and a squeegee that moves so as to slide on the upper surface of the screen plate 4 5 is provided. As shown in FIG.
  • the thickness of the mask 42 is such that the height h 1 of the paste coating layer 31 applied to the surface of the substrate 1 as shown in FIG. 2 is the height h 3 of the gasket 2 to be molded (FIG. 6). It is set so as to be appropriately higher.
  • the substrate 1 is made of a metal plate having a rectangular frame shape with rounded corners (see FIG. 8). After the substrate 1 is positioned on the movable table 3, the movable table 3 is raised. Thus, the paste 30 made of uncrosslinked rubber material for forming a gasket supplied on the screen plate 4 is brought into contact with the lower surface of the screen plate 4 and the paste coating opening 42a of the mask 42 is moved by the squeegee 5 running. To adhere to the surface of the substrate 1.
  • the substrate 1 is separated from the screen plate 4 by lowering the movable table 3.
  • a paste coating layer 31 is formed on the surface of the substrate 1 with a predetermined printing pattern. And this coating layer 31, such as by shearing action due to the attachment of the screen 41 and paste applying opening 42a when removing the screen plate 4, which become a cross section unstable, and the height h 1 The height of the gasket to be molded is higher.
  • the substrate 1 on which the coating layer 31 is formed by screen printing is placed on the correction device 40.
  • the correction device 40 is mounted on the spacer 7 by a table 6 on which the substrate 1 can be positioned and fixed, a spacer 7 provided so as to surround the installation space of the substrate 1 on the upper surface of the table 6, and an actuator (not shown).
  • An application layer correction plate 8 made of a stainless steel plate or the like is provided.
  • the height h 2 of the spacer 7 is set so as to correspond to the sum of the height of the gasket to be molded and the thickness of the substrate 1. Therefore, the coating layer on the substrate 1 positioned and fixed on the upper surface of the movable table 6.
  • the height of 31 is higher than the height h 2 of the spacer 7 by ⁇ h.
  • the coating layer correction plate 8 is lowered and mounted on the spacer 7 to fix the coating layer on the coating layer 31.
  • the member 8 is pressed at a predetermined height, that is, a support height h 2 from the table 6 by the spacer 7. Therefore, the height of the coating layer 31 while being corrected to the height h 3 depressed by ⁇ h shown in FIG. 3, the cross-sectional shape so that the upper surface becomes flat and shaped.
  • the correction device 40 is sent to the thermostat 50 shown in FIG.
  • the coating layer 31 is crosslinked and cured by heating at 130 to 150 ° C. for a predetermined time.
  • the straightening device 40 is sent to the outside of the thermostat 50 and the coating layer straightening plate 8 is opened to form the substrate 1 and its surface integrally.
  • a substrate-integrated gasket made of the gasket 2 can be taken out.
  • the board integrated gasket 10 upper surface of the gasket 2 is flat, the height h 3 is constant, comes to have a precise cross-sectional shape.
  • the paste coating layer was cured in a thermostatic bath in a state where the paste coating layer was corrected to a height of 300 ⁇ m by pressing a flat coating layer correction plate to produce a flat gasket. Then, when the cross-sectional shape of the molded gasket was observed, it was confirmed that the upper surface was a highly accurate planar shape.
  • the cured gasket without pressing the coating layer correction plate showed a variation of about 270 to 330 ⁇ m, whereas in the example, the height was about 290 to 310 ⁇ m. It was confirmed that the dimensional variation was improved.
  • FIG. 7 shows a second preferred embodiment of the method for producing a substrate-integrated gasket according to the present invention, wherein the coating layer correction plate 8 in the correction device 40 is made of a transparent plate, and is formed on the substrate 1 by screen printing.
  • 3 shows a process of curing the coating layer 31 made of an ultraviolet curable liquid rubber material by irradiation with ultraviolet UV.
  • an ultraviolet curable liquid rubber material is used as the gasket molding paste 30 in the screen printing step shown in FIG. Then, by separating the substrate 1 from the screen plate 4 as shown in FIG. 2, the substrate 1 on which the paste coating layer 31 is formed with a predetermined printing pattern is placed in the correction device 40 shown in FIG.
  • the correction device 40 has the same configuration as that of FIG. 3 described above, except that the coating layer correction plate 8 is made of a transparent plate such as glass.
  • the coating layer correction plate 8 is lowered on the spacer 7.
  • the coating layer correction member 8 is pressed onto the coating layer 31 at a support height h 2 from the table 6 by the spacer 7. Therefore, the height is corrected to the height h 3 of the coating layer 31, the cross-sectional shape so that the upper surface becomes flat and shaped.
  • the ultraviolet ray UV is irradiated from above the coating layer correction plate 8 by an unillustrated ultraviolet irradiation device
  • the ultraviolet light UV is transmitted through the coating layer correction plate 8 made of a transparent plate, and the energy of the ultraviolet curable type is reflected by the energy.
  • the coating layer 31 made of a liquid rubber material is cured. For this reason, it is not necessary to put the correction device 40 into a thermostat, and the coating layer 31 can be cured in a short time (for example, several tens of seconds).
  • this substrate-integrated gasket also has a highly accurate cross-sectional shape in which the upper surface of the gasket 2 is flat, the height h 3 is constant.

Abstract

スクリーン印刷を用いた基板一体型ガスケットの製造方法であって、基板（１）の表面にスクリーン印刷によってガスケット成形用ペーストの塗布層（３１）を形成する工程と、塗布層（３１）の上に所定の高さで塗布層矯正部材（８）を押し当てて塗布層（３１）を硬化させる工程と、からなる。基板（１）の表面に形成された塗布層（３１）の断面形状は、塗布層矯正部材（８）によって矯正され、その状態で塗布層（３１）が硬化してガスケットとなるので、高精度な断面形状のガスケットが成形される。

Description

基板一体型ガスケットの製造方法
　本発明は、基板の表面にスクリーン印刷によりガスケット成形材料を塗布して基板一体型ガスケットを製造するための方法に関する。
　燃料電池セルを多数積層した構造を備える燃料電池において、積層された各燃料電池セルには、燃料ガスや酸化ガス等をシールするためのシール手段が設けられており、このようなシール手段として、図８に示すように、燃料電池セルの構成部品であるセパレータなどの基板１の表面に、上面が平坦なゴム弾性体（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるガスケット２を一体に成形した基板一体型ガスケット１０が知られている。また、このようなフラットガスケットを、スクリーン印刷を用いて成形し、山形の隆起形状のシール突条あるいはビードと組み合わせて用いることが知られている（下記の特許文献１，２参照）。
　そして、この種の基板一体型ガスケット１０をスクリーン印刷によって成形するには、図９に示すように、まずステンレスメッシュ等からなるスクリーン１０１の下面側にガスケットの平面形状と対応する所定の印刷パターンのペースト塗布用開口１０２ａを形成したマスク１０２が一体に設けられた構造のスクリーン版１００の下面に、基板１を位置決め当接し、スクリーン版１００の上に供給したガスケット成形用の未架橋ゴム材料からなるペースト３００を、スキージ２００の走行によってマスク１０２のペースト塗布用開口１０２ａへ押し出して基板１の表面に付着させてから、基板１をスクリーン版１００から離間させることによって、図１０に示すように、基板１の表面に所定の印刷パターンでペースト塗布層３００ａを形成する。そして、この塗布層３００ａを熱などにより架橋硬化させることによって、図８に示すように、ガスケット２を成形と同時に基板１と一体化させるのである。
特許第５３１０９７６号公報 特開２００４－６３２９５号公報
　しかしながら、上述のスクリーン印刷においては、基板１をスクリーン版１００から離間させる過程で塗布層３００ａが崩れやすく、このため塗布層３００ａの断面形状は、実際には図１１における（Ａ）あるいは（Ｂ）に示すような曲面となってしまうことが多い。しかもこの場合、塗布層３００ａの高さｈのばらつきも大きくなるので、このような断面形状のまま成形されたガスケットは、シール性が不安定となる懸念があった。
　本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、スクリーン印刷を用いた基板一体型ガスケットの製造において、高精度な断面形状のガスケットを成形可能とすることにある。
　本発明は、上述した技術的課題を解決するため、以下の手段を採用した。
　すなわち本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法は、基板の表面にスクリーン印刷によってガスケット成形用ペーストの塗布層を形成する工程と、前記塗布層の上に塗布層矯正部材を所定の高さで押し当てて前記塗布層を硬化させる工程と、からなることを特徴とするものである（請求項１）。
　上記方法によれば、基板の表面にスクリーン印刷によって塗布されたガスケット成形用ペーストの塗布層の断面形状は、印刷後に前記塗布層の上に押し当てた塗布層矯正部材によって矯正され、その状態で前記塗布層が硬化してガスケットとなるので、高精度な断面形状のガスケットが成形される。
　また、本発明は上記技術的課題を解決するためさらに以下の手段を採用してもよい。
　すなわち上記構成の基板一体型ガスケットの製造方法（請求項１）において、ガスケット成形用ペーストが紫外線硬化型液状ゴムからなり、塗布層矯正部材が透明板からなり、塗布層の硬化が前記塗布層矯正部材を介して前記塗布層に紫外線を照射することによりなされることを特徴とするものである（請求項２）。
　この方法によれば、塗布層の断面形状を矯正する塗布層矯正部材が透明板からなることによって、この塗布層矯正部材の上から紫外線硬化型液状ゴムからなる塗布層に紫外線を照射して架橋硬化させることができるので、ガスケットの成形時間を大幅に短縮することができる。
　また、上記構成の基板一体型ガスケットの製造方法（請求項１又は２）において、塗布層矯正部材が平板状であることを特徴とするものである（請求項３）。
　この方法によれば、塗布層矯正部材によって、塗布層の上面が平坦に整形されるので、上面が平坦なガスケットを基板の表面に一体に成形した基板一体型ガスケットを容易に製造することができる。
　本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法によれば、スクリーン印刷を用いた基板一体型ガスケットの製造において、高精度な断面形状のガスケットを容易に成形することができ、したがってシール性に優れた基板一体型ガスケットを製造することができる。
本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、基板の表面にスクリーン印刷によって塗布層を形成する過程を示す説明図である。 本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、基板の表面にスクリーン印刷による塗布層が形成された状態を示す説明図である。 本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、塗布層に塗布層矯正部材を押し当てる過程を示す説明図である。 本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、塗布層に塗布層矯正部材を押し当てて塗布層を硬化させる工程を示す説明図である。 本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、塗布層に塗布層矯正部材を押し当てて塗布層を硬化させる工程を示す説明図である。 本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい実施の形態において、成形された基板一体型ガスケットを示す説明図である。 本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい第二の実施の形態において、塗布層に透明板からなる塗布層矯正部材を押し当てて塗布層を紫外線の照射により硬化させる工程を示す説明図である。 基板一体型ガスケットの一例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ－Ｂ’断面図である。 従来技術において、基板の表面にスクリーン印刷によって塗布層を形成する過程を示す説明図である。 基板の表面にスクリーン印刷によって平坦な塗布層が形成された状態を示す説明図である。 基板の表面にスクリーン印刷によって形成された塗布層の断面形状の例を示す説明図である。
　以下、本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法を、図８に示す基板一体型ガスケット１０の製造に適用した好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　この実施の形態では、まず図１に示すように、基板１の表面にスクリーン印刷装置２０によってガスケット成形用ペースト３０を塗布する。詳しくは、スクリーン印刷装置２０は、上面に基板１を位置決め固定可能であって不図示のアクチュエータにより昇降する可動テーブル３と、その上側に配置され、ステンレスメッシュ等からなるスクリーン４１の下面側にガスケットの平面形状と対応する所定の印刷パターンのペースト塗布用開口４２ａを形成したマスク４２が一体に設けられた構造のスクリーン版４と、このスクリーン版４の上面を摺動するように走行移動するスキージ５を備える。マスク４２の厚さは、このスクリーン印刷装置によって図２に示すように基板１の表面に塗布されるペースト塗布層３１の高さｈ１が、成形すべきガスケット２の高さｈ３（図６参照）より適宜高くなるように設定されている。
　基板１は角を丸めた長方形状の額縁状をなす金属板からなるものであって（図８参照）、この基板１を可動テーブル３上に位置決め設置してから、可動テーブル３を上昇させることによって、基板１をスクリーン版４の下面に当接させ、スクリーン版４の上に供給したガスケット成形用の未架橋ゴム材料からなるペースト３０を、スキージ５の走行によってマスク４２のペースト塗布用開口４２ａへ押し出して基板１の表面に付着させる。
　次に図２に示すように、可動テーブル３を下降させることによってスクリーン版４から基板１を離間させる。基板１の表面には所定の印刷パターンでペースト塗布層３１が形成されている。そしてこの塗布層３１は、スクリーン版４を取り外すときのスクリーン４１及びペースト塗布用開口４２ａとの付着性による剪断作用などによって、断面形状が不安定なものとなっており、かつ高さｈ１が、成形すべきガスケットの高さより高くなっている。
　次に図３に示すように、スクリーン印刷によって塗布層３１が形成された基板１を矯正装置４０へ設置する。矯正装置４０は、上面に基板１を位置決め固定可能なテーブル６と、このテーブル６の上面における基板１の設置スペースを取り囲むように設けられたスペーサ７と、不図示のアクチュエータによってスペーサ７上に載置可能であってステンレス板等からなる塗布層矯正板８を備える。スペーサ７の高さｈ２は、成形すべきガスケットの高さと基板１の厚さの和に相当するように設定されており、したがって可動テーブル６の上面に位置決め固定された基板１上の塗布層３１の高さは、スペーサ７の高さｈ２よりもΔｈだけ高いものとなっている。
　そしてテーブル６の上面に基板１を位置決め固定した後、図４に示すように、スペーサ７上に塗布層矯正板８を降下させて載置固定することによって、塗布層３１の上に塗布層矯正部材８を所定の高さ、すなわちスペーサ７によるテーブル６からの支持高さｈ２で押し当てる。このため、塗布層３１の高さは図３に示すΔｈだけ押し下げられて高さｈ３に矯正されると共に、上面が平坦になるように断面形状が整形される。
　次に、上述のようにスペーサ７上に塗布層矯正板８を載置固定した状態のままで、矯正装置４０を図５に示す恒温槽５０へ送り、この恒温槽５０内で所定の温度（例えば１３０～１５０℃）で所定時間加熱することによって塗布層３１を架橋硬化させる。
　塗布層３１の架橋硬化（ガスケット２の成形）に必要な時間が経過したら、矯正装置４０を恒温槽５０の外部へ送り、塗布層矯正板８を開けば、基板１及びその表面に一体に成形されたガスケット２からなる基板一体型ガスケットを取り出すことができる。図６に示すように、この基板一体型ガスケット１０は、ガスケット２の上面が平坦で、高さｈ３が一定であり、高精度な断面形状を有するものとなる。
　なお、実施例として、１００ｍｍ×１５０ｍｍの基板に、未架橋の液状ゴムからなるペーストを、スクリーン印刷によって印刷幅（ペースト塗布用開口の幅）＝３ｍｍ、高さが３５０μｍ程度のペースト塗布層を印刷し、このペースト塗布層を、平板状の塗布層矯正板の押し当てによって高さ３００μｍに矯正した状態で、恒温槽に入れて硬化させることにより、フラットガスケットを製作した。そして成形されたガスケットの断面形状を観察したところ、上面が高精度な平面状であることが確認された。また、比較例として塗布層矯正板の押し当てを行わずに硬化させたガスケットは、高さが２７０～３３０μｍ程度のばらつきがみられたのに対し、実施例では高さが２９０～３１０μｍ程度となり、寸法ばらつきが改善されることが確認された。
　図７は、本発明に係る基板一体型ガスケットの製造方法の好ましい第二の実施の形態として、矯正装置４０における塗布層矯正板８を透明板からなるものとし、スクリーン印刷によって基板１に形成された紫外線硬化型の液状ゴム材料からなる塗布層３１を、紫外線ＵＶの照射によって硬化させる工程を示している。
　すなわち第二の実施の形態は、図１に示すスクリーン印刷工程において、ガスケット成形用ペースト３０として紫外線硬化型の液状ゴム材料を用いる。そして図２に示すようにスクリーン版４から基板１を離間させることによって、所定の印刷パターンでペースト塗布層３１が形成された基板１を、図７に示す矯正装置４０へ設置する。この矯正装置４０は、塗布層矯正板８がガラスなどの透明板からなるものである以外は、先に説明した図３と同様の構成を備えるものである。
　したがって、矯正装置４０のテーブル６の上面に、紫外線硬化型の液状ゴム材料からなるペースト塗布層３１が形成された基板１を位置決め設置した後、スペーサ７上に塗布層矯正板８を降下させて載置固定することによって、塗布層３１の上に塗布層矯正部材８をスペーサ７によるテーブル６からの支持高さｈ２で押し当てる。このため、塗布層３１の高さが高さｈ３に矯正されると共に、上面が平坦になるように断面形状が整形される。
　そしてこの状態で、塗布層矯正板８の上から不図示の紫外線照射装置によって紫外線ＵＶを照射すると、この紫外線ＵＶは透明板からなる塗布層矯正板８を透過し、そのエネルギによって紫外線硬化型の液状ゴム材料からなる塗布層３１を硬化させる。このため、矯正装置４０を恒温槽へ入れる必要がなく、しかも塗布層３１を短時間（例えば数十秒）で硬化させることができる。
　紫外線ＵＶの照射によって塗布層３１の架橋硬化（ガスケット２の成形）に必要な時間が経過したら、塗布層矯正板８を開けば、基板１及びその表面に一体に成形されたガスケット２からなる基板一体型ガスケットを取り出すことができる。そしてこの基板一体型ガスケットも、図６に示すように、ガスケット２の上面が平坦で、高さｈ３が一定であり、高精度な断面形状を有するものとなる。
１　基板
２　ガスケット
４　スクリーン版
７　スペーサ
８　塗布層矯正板
１０　基板一体型ガスケット
２０　スクリーン印刷装置
３０　ガスケット成形用ペースト
３１　ペースト塗布層
４０　矯正装置
５０　恒温槽
ＵＶ　紫外線

Claims (3)

  1. 　基板の表面にスクリーン印刷によってガスケット成形用ペーストの塗布層を形成する工程と、前記塗布層の上に塗布層矯正部材を所定の高さで押し当てて前記塗布層を硬化させる工程と、からなることを特徴とする基板一体型ガスケットの製造方法。
  2. 　ガスケット成形用ペーストが紫外線硬化型液状ゴムからなり、塗布層矯正部材が透明板からなり、塗布層の硬化が前記塗布層矯正部材を介して前記塗布層に紫外線を照射することによりなされることを特徴とする請求項１に記載の基板一体型ガスケットの製造方法。
  3. 　塗布層矯正部材が平板状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板一体型ガスケットの製造方法。
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