WO2021054113A1 - 燃料電池セル用セパレータのガスケット製造方法 - Google Patents

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separator
pressure
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sensitive adhesive
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泰輔 松田
茂 渡部
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Definitions

  • Fuel cells that generate electricity by electrochemically reacting reaction gas are rapidly becoming widespread. Fuel cells are attracting attention as a preferable energy source because they have high power generation efficiency and have little impact on the environment.
  • the polymer electrolyte type has a stack structure in which a plurality of fuel cell cells are stacked.
  • Each fuel cell has a membrane electrode assembly (MEA) sandwiched between a pair of separators.
  • MEA membrane electrode assembly
  • the membrane electrode joint is a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (anode) and a cathode electrode (cathode), and each electrode has a laminated structure of a catalyst layer and a gas diffusion layer (GDL).
  • GDL gas diffusion layer
  • the separator is in close contact with the gas diffusion layer and forms a flow path for hydrogen and oxygen with the gas diffusion layer.
  • Such a fuel cell uses a flow path formed in a separator to supply hydrogen to the anode electrode and oxygen to the cathode electrode. As a result, power is generated by the electrochemical reaction opposite to the electrolysis of water.
  • the electrolyte membrane (reference numeral 55 in Document 1) of the membrane electrode assembly is sealed at the end.
  • the seal for example, gaskets (gaskets main bodies 21 and 31) formed of a rubber-like elastic body as described in Patent Document 1 are used. The gasket elastically deforms in a direction orthogonal to the surface of the separator and seals the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly between the pair of separators.
  • the gasket that seals the electrolyte membrane is formed on the separator by injection molding or transfer molding.
  • a brittle separator such as one made of carbon may be destroyed by the pressure at the time of gasket molding, for example, the pressure due to the mold press or the injection pressure.
  • the coating may be damaged by the pressure during gasket molding.
  • One aspect of the method for manufacturing a gasket for a fuel cell separator is to form an adhesive to be a gasket on a flexible base material using a molding mold, face the mating member with the mating member in between, and bring the mating member into close contact with the mating member.
  • the gasket is formed by transferring the pressure-sensitive adhesive formed on the flexible base material to one of a pair of separators having beads that form a fluid flow path with the mating member of the lever.
  • Another aspect of the method for manufacturing a gasket for a fuel cell separator is to use a molding mold to shape an adhesive to be a gasket on an intermediate base material, and apply the adhesive to the intermediate base material with respect to a flexible base material having flexibility.
  • the formed adhesive is transferred to one of a pair of separators having a bead that faces the mating member with the mating member in between and has a bead that is in close contact with the mating member to form a fluid flow path with the mating member.
  • the pressure-sensitive adhesive transferred to the flexible base material is transferred to form the gasket.
  • an adhesive serving as a gasket is formed on the lower mold of a molding mold having an upper mold and a lower mold, and the mating member is sandwiched between them to face each other.
  • the gasket is transferred from the adhesive formed on the lower mold to one of a pair of separators having a bead that is in close contact with the mating member and forms a fluid flow path between the mating member and the mating member.
  • a gasket can be molded on the separator without causing breakage or damage.
  • the schematic diagram which conceptually shows the stack structure in which a plurality of fuel cell cells are laminated.
  • (A) to (C) are vertical cross-sectional views showing over time each step executed at the time of shaping the pressure-sensitive adhesive as the first embodiment.
  • (A) to (D) are vertical cross-sectional views showing over time each step performed when transferring the pressure-sensitive adhesive to the separator as the first embodiment.
  • (A) to (C) are vertical cross-sectional views showing with time each step executed at the time of shaping the pressure-sensitive adhesive as the second embodiment.
  • (A) to (D) are vertical cross-sectional views showing over time each step performed when transferring the pressure-sensitive adhesive to the separator as the second embodiment.
  • (A) to (D) are vertical cross-sectional views showing with time each step executed at the time of shaping the pressure-sensitive adhesive as the third embodiment.
  • (A) to (E) are vertical cross-sectional views showing over time each step performed when transferring the pressure-sensitive adhesive to the separator as the third embodiment.
  • (A) to (C) are vertical cross-sectional views showing over time each step executed at the time of shaping the pressure-sensitive adhesive as the fourth embodiment.
  • (A) to (C) are vertical cross-sectional views showing over time each step performed in the first stage transfer of the pressure-sensitive adhesive to the separator as the fourth embodiment.
  • (A) to (C) are vertical cross-sectional views showing over time each step performed in the second step transfer of the pressure-sensitive adhesive to the separator as the fourth embodiment.
  • (A) to (C) are vertical cross-sectional views showing over time each step executed at the time of shaping the pressure-sensitive adhesive as the fifth embodiment.
  • (A) to (D) are vertical cross-sectional views showing over time each step performed when transferring the pressure-sensitive adhesive to the separator as the fifth embodiment.
  • (A) to (C) are vertical cross-sectional views showing over time each step executed at the time of shaping the pressure-sensitive adhesive as the sixth embodiment.
  • (A) to (D) are vertical cross-sectional views showing over time each step performed when transferring the pressure-sensitive adhesive to the separator as the sixth embodiment.
  • the method for manufacturing a gasket for a fuel cell separator according to the present embodiment is an example of a method in which a gasket to be provided on a separator used in a fuel cell is shaped and the gasket is transferred to the separator.
  • An example of a fuel cell to which the method of this embodiment is applied will be described first.
  • the fuel cell 1 has a laminated structure in which a plurality of fuel cell cells 2 are laminated.
  • an electrolyte membrane 102 provided with a membrane electrode assembly 101 called MEA (Membrane Electrode Assembly) is interposed between a pair of separators 11 for a fuel cell.
  • MEA Membrane Electrode Assembly
  • Such fuel cell cells 2 are stacked via the cooling surface seal 201.
  • FIG. 1 only two sets of fuel cell 2 are drawn, but in reality, hundreds of sets of fuel cell cells 2 are stacked to form the fuel cell 1.
  • the membrane electrode assembly 101 is a structure in which electrodes (not shown) are provided at the central portions of both sides of the electrolyte membrane 102.
  • the electrode has a laminated structure having a catalyst layer formed on the electrolyte film 102 and a gas diffusion layer (GDL) formed on the catalyst layer (neither is shown).
  • GDL gas diffusion layer
  • one side of the electrolyte membrane 102 is used as an anode electrode (anode), and the opposite side thereof is used as a cathode electrode (cathode).
  • the separator 11 for a fuel cell is, for example, a flat plate-shaped member formed of a resin such as carbon.
  • the separator 11 is not limited to a brittle material such as that made of carbon, and as another example, a flat plate-like member that can be press-processed, such as a thin stainless steel plate, may be used as the separator 11.
  • the separator 11 has a rectangular planar shape, and is provided with an arrangement region 12 for arranging the membrane electrode assembly 101.
  • Three openings provided at positions on both ends outside the arrangement region 12 are manifolds 13 for circulating a fluid used for power generation or generated by power generation.
  • the fluid flowing through the manifold 13 is a fuel gas (hydrogen), an oxidizing gas (oxygen), water generated by an electrochemical reaction during power generation, excess oxidizing gas, a refrigerant, or the like.
  • the position is aligned with the manifold 13 provided on the separator 11, and the manifold 103 is also provided on the electrolyte membrane 102.
  • These manifolds 103 are three openings provided at positions on both ends away from the membrane electrode assembly 101.
  • the fuel cell 1 uses the manifolds 13 and 103 to guide the fuel gas (hydrogen) between the separator 11A facing one surface of the electrolyte membrane 102 provided with the membrane electrode assembly 101, and the fuel cell 1 with one surface of the electrolyte membrane 102.
  • Oxidizing gas (oxygen) is guided between the separator 11B facing the opposite surface.
  • the cooling water used as the refrigerant is guided between the two sets of fuel cell 2 sealed by the cooling surface seal 201. At this time, the fuel gas, the oxidation gas, and the cooling water flow through the respective flow paths formed by the pair of separators 11 (11A, 11B) that assemble the fuel cell 2.
  • the pair of separators 11 face each other with the electrolyte membrane 102 as a mating member interposed therebetween to form a fuel cell 2.
  • the separator 11 includes a bead 14 that is in close contact with the electrolyte membrane 102 and forms a fluid flow path between the separator and the electrolyte membrane 102.
  • the space between the electrolyte membrane 102 and the bead 14A of the separator 11A forms a flow path for the fuel gas.
  • the space between the electrolyte membrane 102 and the bead 14B of the separator 11B forms a flow path for the oxidizing gas.
  • the space between the beads 14A and 14B provided between the separator 11A of the set of fuel cell 2 and the separator 11B of the fuel cell 2 overlapping the separator 11A forms a flow path for the cooling water.
  • the fuel cell 2 has a seal structure on the outer peripheral edge of the separator 11 and the membrane electrode assembly 101 and on the peripheral edges of the manifolds 13 and 103.
  • the seal structure includes a cooling surface seal 201 interposed between the two sets of fuel cell cells 2 and a reaction surface seal 202 provided between the separator 11 and the membrane electrode assembly 101.
  • the flow path of the fuel gas and the surplus fuel gas, the flow path of the water generated by the electrochemical reaction of the oxidation gas and power generation, and the flow path of the cooling water as the refrigerant are made independent of each other. , Prevents mixing of different types of fluids.
  • a gasket 203 fixed to the separator 11 is used for the cooling surface seal 201 and the reaction surface seal 202 having a sealing structure.
  • embodiments of a method for manufacturing a gasket for a fuel cell separator will be described.
  • the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (A) to 2 (C) and FIGS. 3 (A) to 3 (D).
  • the gasket manufacturing method of the present embodiment includes a shaping step and a transfer step.
  • the shaping step is a step of shaping a flexible base material 301 having flexibility, for example, a pressure-sensitive adhesive 211 to be a gasket 203 on a resin film.
  • the flexible base material 301 is placed on the base 401, and the molding die 411 is placed via the flexible base material 301.
  • the molding die 411 is provided with a gate 412 and a cavity 413.
  • the cavity 413 has a shape for forming the gasket 203.
  • the material 212 of the pressure-sensitive adhesive 211 for example, unvulcanized butyl rubber, which is a rubber-like elastic material, is guided from the gate 412 to the cavity 413.
  • injection molding or transfer molding is adopted.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 is formed on the flat surface of the flexible base material 301 by separating the molding die 411 from the base 401.
  • the shaped pressure-sensitive adhesive 211 becomes the gasket 203.
  • the flexible base material 301 exhibits stronger adhesiveness than the wall portion of the cavity 413. Has been done.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 used in the shape step for example, a rubber-based pressure-sensitive adhesive using butyl rubber, polyisobutylene rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene diene rubber, natural rubber, or the like as a base polymer can be used.
  • Additives that can be blended include, for example, cross-linking agents, tackifiers, fillers, anti-aging agents and the like.
  • the transfer step is a step of transferring the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the flexible base material 301 to the separator 11 to form the gasket 203.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the flexible base material 301 is faced with one of the separators 11, for example, the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the facing position is the fixed position of the gasket 203 with respect to the separator 11B.
  • a region other than the bead 14B provided on the separator 11B is set as a fixed position.
  • the top of the bead 14B provided on the separator 11B may be set as a fixed position.
  • the separator 11B and the flexible base material 301 are brought close to each other, and the adhesive 211 is brought into contact with the position where the gasket 203 should be fixed.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 adheres to the separator 11B due to its own adhesiveness.
  • the flexible base material 301 is bent and peeled from the adhesive 211.
  • the separator 11B is designed to exhibit stronger adhesiveness than the flexible base material 301. Therefore, the pressure-sensitive adhesive 211 maintains the state of being adhered to the flexible base material 301, and the flexible base material 301 is peeled off from the pressure-sensitive adhesive 211.
  • the adhesive 211 is fixed to the separator 11B, and the adhesive 211 becomes the gasket 203.
  • the adhesive 211 serving as the gasket 203 may or may not be crosslinked. Cross-linking of the pressure-sensitive adhesive 211 is carried out after shaping on the flexible base material 301 or after transferring to the separator 11B.
  • the gasket 203 can be formed on the separator 11B.
  • the separator 11B is not subjected to the pressure at the time of gasket molding, for example, the pressure due to the mold pressing or the injection pressure, and the gasket 203 can be molded on the separator 11B without causing breakage or damage. Therefore, as the separator 11 (11A, 11B), a brittle material such as one made of carbon can be used.
  • FIG. 4 shows the seal structure of the cooling surface seal 201 and the reaction surface seal 202, which are the premise of the gasket manufacturing method of the present embodiment.
  • the beads 14 of the separator 11 are nested and overlapped with each other.
  • the bead 14B of the separator 11B facing the surface opposite to one surface of the electrolyte membrane 102 is formed larger than the bead 14A of the separator 11A facing one surface of the electrolyte membrane 102 provided with the membrane electrode assembly 101.
  • the bead 14B has entered the bead 14A in a non-contact state.
  • the beads 14 (14A, 14B) of the pair of separators 11 have a rising angle ⁇ from the separator 11 of, for example, about 70 °. Therefore, the side walls 15 (15A, 15B) of the beads 14 (14A, 14B) facing each other of the pair of separators 11 are inclined with respect to the separator 11.
  • the gasket 203 used in such a sealing structure is arranged between the side walls 15 (15A, 15B) of the beads 14 (14A, 14B) facing each other by overlapping in a nested manner. At this time, since the rising angle ⁇ of the bead 14 from the separator 11 is about 70 °, the gasket 203 has a parallelogram cross-sectional shape.
  • the gasket 203 is formed by the adhesive 211, it adheres to the side walls 15 (15A, 15B) of the beads 14 (14A, 14B) facing each other of the pair of separators 11. It is fixed. Further, the gasket 203 is adhered and fixed not only to the side wall 15 of the bead 14 but also to the surface of the separator 11 communicating with the side wall 15.
  • the gasket manufacturing method of the present embodiment produces a gasket 203 that conforms to the sealing structures of the cooling surface seal 201 and the reaction surface seal 202 as described above.
  • the present manufacturing method includes a shaping step and a transfer step as in the first embodiment.
  • the shaping step is a step of shaping a flexible base material 301 having flexibility, for example, a pressure-sensitive adhesive 211 to be a gasket 203 on a resin film.
  • the flexible base material 301 is placed on the base 401, and the molding die 411 is placed via the flexible base material 301.
  • the molding die 411 is provided with a gate 412 and a cavity 413.
  • the flexible base material 301 includes a protrusion 302 that enters between two adjacent beads 14B provided on one of the pair of separators 11, for example, the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the protrusion 302 rises from the flexible base material 301 at a rising angle of about 70 °. That is, the protrusion 302 is formed in a shape imitating the side wall 15B of the bead 14B to which the pressure-sensitive adhesive 211 serving as the gasket 203 adheres.
  • the cavity 413 provided in the molding die 411 has a shape for forming the gasket 203 at the portion where the protrusion 302 of the flexible base material 301 is arranged and in contact with the gate 412.
  • the material 212 of the pressure-sensitive adhesive 211 for example, unvulcanized butyl rubber, which is a rubber-like elastic material, is guided from the gate 412 to the cavity 413.
  • injection molding or transfer molding is adopted.
  • the adhesive 211 is formed on the flexible base material 301 along the protrusion 302.
  • the shaped pressure-sensitive adhesive 211 becomes the gasket 203.
  • the flexible base material 301 exhibits stronger adhesiveness than the wall portion of the cavity 413. Has been done.
  • the transfer step is a step of transferring the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the flexible base material 301 to the separator 11 to form the gasket 203.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the flexible base material 301 is made to face the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the facing position is the fixed position of the gasket 203 with respect to the separator 11B.
  • the fixing position of the gasket 203 is the side wall 15B of the bead 14B which is nestedly overlapped with the bead 14A of the separator 11A on the side in contact with the fuel gas (hydrogen).
  • the separator 11B and the flexible base material 301 are brought close to each other, and the adhesive 211 is brought into contact with the position where the gasket 203 should be fixed.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 adheres to the separator 11B due to its own adhesiveness.
  • the flexible base material 301 is bent and peeled from the adhesive 211.
  • the separator 11B is designed to exhibit stronger adhesiveness than the flexible base material 301. Therefore, the pressure-sensitive adhesive 211 keeps sticking to the separator 11B, and the flexible base material 301 is peeled off from the pressure-sensitive adhesive 211.
  • the gasket 203 can be formed on the separator 11B.
  • the separator 11B is not subjected to the pressure at the time of gasket molding, for example, the pressure due to the mold pressing or the injection pressure, and the gasket 203 can be molded on the separator 11B without causing breakage or damage. Therefore, as the separator 11 (11A, 11B), a brittle material such as one made of carbon can be used.
  • the same parts as those of the second embodiment are indicated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • This embodiment is an example in which the protrusion 302 is formed by embossing the material 212 of the pressure-sensitive adhesive 211 against the molding die 411 by embossing the material 212, instead of using the flexible base material 301 provided with the protrusion 302 in advance. .. In such a manufacturing method, a more flexible film-like flexible base material 301 is used as the flexible base material 301.
  • the gasket manufacturing method of the present embodiment also produces a gasket 203 that conforms to the seal structure of the cooling surface seal 201 and the reaction surface seal 202 as shown in FIG.
  • the point that the shaping step and the transfer step are included is also the same as the gasket manufacturing method of the first and second embodiments.
  • the shaping step is a step of shaping the pressure-sensitive adhesive 211 to be the gasket 203 on the flexible base material 301 having flexibility such as a resin film.
  • the lower mold 411L and the upper mold 411U are used.
  • the flexible base material 301 is placed on the lower mold 411L, and the upper mold 411U is placed via the flexible base material 301.
  • the lower mold 411L is provided with a protrusion 414, and the upper mold 411U is provided with a gate 412 and a cavity 413.
  • the protrusion 414 provided on the lower mold 411L corresponds to the protrusion 302 provided on the flexible base material 301 of the second embodiment, and is about 70 ° from the flexible base material 301 like the bead 14B. It stands up at the rising angle of. That is, the protrusion 302 is formed in a shape imitating the side wall 15B of the bead 14B to which the pressure-sensitive adhesive 211 serving as the gasket 203 adheres.
  • the cavity 413 provided in the upper mold 411U has a shape for arranging the protrusion 414 of the lower mold 411L and forming the gasket 203 in the portion communicating with the gate 412.
  • the material 212 of the pressure-sensitive adhesive 211 for example, unvulcanized butyl rubber, which is a rubber-like elastic material, is guided from the gate 412 to the cavity 413.
  • the flexible base material 301 bends into the shape of the protrusion 414 due to the filling pressure of the material 212 of the adhesive 211 into the cavity 413.
  • the adhesive 211 is formed on the flexible base material 301 along the protrusion 414.
  • the shaped pressure-sensitive adhesive 211 becomes the gasket 203.
  • the flexible base material 301 exhibits stronger adhesiveness than the wall portion of the cavity 413. Has been made.
  • the transfer step is a step of transferring the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the flexible base material 301 to the separator 11 to form the gasket 203.
  • the adhesive 211 formed on the flexible base material 301 together with the lower mold 411L is made to face the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the facing position is the fixed position of the gasket 203 with respect to the separator 11B.
  • the fixing position of the gasket 203 is the side wall 15B of the bead 14B which is nestedly overlapped with the bead 14A of the separator 11A on the side in contact with the fuel gas (hydrogen).
  • the separator 11B attached to the lower mold 411L and the flexible base material 301 are brought close to each other, and the adhesive 211 is brought into contact with the position where the gasket 203 should be fixed.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 adheres to the separator 11B due to its own adhesiveness.
  • the lower mold 411L is removed from the flexible base material 301.
  • the adhesive force between the flexible base material 301 and the lower mold 411L is greater than the adhesive force between the separator 11B and the pressure-sensitive adhesive 211 and the adhesive force between the pressure-sensitive adhesive 211 and the flexible base material 301. Due to its small size, the lower mold 411L can be smoothly removed from the flexible base material 301.
  • the flexible base material 301 is bent and peeled from the adhesive 211.
  • the separator 11B is designed to exhibit stronger adhesiveness than the flexible base material 301. Therefore, the pressure-sensitive adhesive 211 maintains the state of being adhered to the flexible base material 301, and the flexible base material 301 is peeled off from the pressure-sensitive adhesive 211.
  • the gasket 203 can be formed on the separator 11B.
  • the separator 11B is not subjected to the pressure at the time of gasket molding, for example, the pressure due to the mold pressing or the injection pressure, and the gasket 203 can be molded on the separator 11B without causing breakage or damage. Therefore, as the separator 11 (11A, 11B), a brittle material such as one made of carbon can be used.
  • the same parts as those of the second embodiment are indicated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 is not directly shaped on the flexible base material 301, but is shaped on the intermediate base material 351 and transferred from the intermediate base material 351 to the flexible base material 301, and further formed on the flexible base material 301. Is transferred to the separator 11.
  • the gasket manufacturing method of the present embodiment also produces a gasket 203 that conforms to the seal structure of the cooling surface seal 201 and the reaction surface seal 202 as shown in FIG.
  • the point that the shaping step and the transfer step are included is also the same as the gasket manufacturing method of the first and second embodiments. However, as described above, it is provided with a two-step transfer step of the intermediate base material 351 to the flexible base material 301 (intermediate transfer step) and the flexible base material 301 to the separator 11 (final transfer step).
  • the shaping step is a step of shaping the pressure-sensitive adhesive 211 to be the gasket 203 on the intermediate base material 351.
  • the intermediate base material 351 does not have to have flexibility and may be a member made of a hard material.
  • the intermediate base material 351 is placed on the base 401, and the molding die 411 is placed via the intermediate base material 351.
  • the molding die 411 is provided with a gate 412 and a cavity 413.
  • the intermediate base material 351 includes a protrusion 352 that enters between two adjacent beads 14B provided on one of the pair of separators 11, for example, the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the protrusion 352 rises from the flexible base material 301 at a rising angle of about 70 °. That is, the protrusion 352 is formed in a shape imitating the side wall 15B of the bead 14B to which the pressure-sensitive adhesive 211 serving as the gasket 203 adheres.
  • the cavity 413 provided in the molding die 411 has a shape for arranging the protrusion 352 provided in the intermediate base material 351 and molding the gasket 203 in the portion communicating with the gate 412.
  • the material 212 of the pressure-sensitive adhesive 211 for example, unvulcanized butyl rubber, which is a rubber-like elastic material, is guided from the gate 412 to the cavity 413.
  • injection molding or transfer molding is adopted.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 is formed on the intermediate base material 351 along the protrusion 352.
  • the shaped pressure-sensitive adhesive 211 becomes the gasket 203.
  • the intermediate base material 351 exhibits stronger adhesiveness than the wall portion of the cavity 413. Has been done.
  • the intermediate transfer step is a step of transferring the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the intermediate base material 351 to the flexible base material 301.
  • the flexible base material 301 has a flat shape, not the shape provided with the protrusion 302 as in the second embodiment.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the intermediate base material 351 is made to face the flexible base material 301.
  • the flexible base material 301 and the intermediate base material 351 are brought close to each other, and the pressure-sensitive adhesive 211 is brought into contact with the flexible base material 301.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 adheres to the flexible base material 301 due to its own adhesiveness.
  • the flexible base material 301 is separated from the intermediate base material 351. At this time, the flexible base material 301 exhibits stronger adhesiveness than the intermediate base material 351. Therefore, the pressure-sensitive adhesive 211 maintains the state of being adhered to the flexible base material 301, and the flexible base material 301 is peeled off from the pressure-sensitive adhesive 211.
  • the final transfer step is a step of transferring the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the flexible base material 301 to the separator 11 to form the gasket 203.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the flexible base material 301 is made to face the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the facing position is the fixed position of the gasket 203 with respect to the separator 11B.
  • the fixing position of the gasket 203 is the side wall 15B of the bead 14B which is nestedly overlapped with the bead 14A of the separator 11A on the side in contact with the fuel gas (hydrogen).
  • the separator 11B and the flexible base material 301 are brought close to each other, and the adhesive 211 is brought into contact with the position where the gasket 203 should be fixed.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 adheres to the separator 11B due to its own adhesiveness.
  • the flexible base material 301 is bent and peeled off from the adhesive 211.
  • the separator 11B is designed to exhibit stronger adhesiveness than the flexible base material 301. Therefore, the pressure-sensitive adhesive 211 maintains the state of being adhered to the flexible base material 301, and the flexible base material 301 is peeled off from the pressure-sensitive adhesive 211.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 to be the gasket 203 may or may not be crosslinked, as in the first to third embodiments. Cross-linking of the pressure-sensitive adhesive 211 is carried out after shaping on the intermediate base material 351 and then transferring to the flexible base material 301 or after transferring to the separator 11B.
  • the gasket 203 can be formed on the separator 11B.
  • the separator 11B is not subjected to the pressure at the time of gasket molding, for example, the pressure due to the mold pressing or the injection pressure, and the gasket 203 can be molded on the separator 11B without causing breakage or damage. Therefore, as the separator 11 (11A, 11B), a brittle material such as one made of carbon can be used.
  • a region other than the bead 14B of the separator 11B or the top of the bead 14B provided on the separator 11B may be a fixed position of the gasket 203 with respect to the separator 11B.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 is shaped on the flat surface of the intermediate base material 351 in the shaping step, and the pressure-sensitive adhesive 211 is intermediate-transferred on the flat surface of the flexible base material 301 in the intermediate transfer step. ..
  • the pressure-sensitive adhesive 211 can be transferred from the flexible base material 301 to the region other than the bead 14B of the separator 11B or the top of the bead 14B provided on the separator 11B.
  • the same parts as those in the first embodiment are indicated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the molding die 411 of the present embodiment includes an upper die 411U and a lower die 411L.
  • the shaping step is a step of shaping the pressure-sensitive adhesive 211, which should be the gasket 203, into the lower mold 411L.
  • the lower mold 411L of the molding mold 411 is placed on the base 401.
  • the upper mold 411U of the molding mold 411 is provided with a gate 412 and a cavity 413.
  • the cavity 413 has a shape for forming the gasket 203.
  • the material 212 of the pressure-sensitive adhesive 211 for example, unvulcanized butyl rubber, which is a rubber-like elastic material, is guided from the gate 412 to the cavity 413.
  • injection molding or transfer molding is adopted.
  • the adhesive 211 is formed on the flat surface of the lower die 411L.
  • the shaped pressure-sensitive adhesive 211 becomes the gasket 203.
  • the lower die 411L exhibits stronger adhesiveness than the wall portion of the cavity 413. ..
  • the transfer step is a step of transferring the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the lower mold 411L to the separator 11 to form the gasket 203.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the lower mold 411L is faced with one of the separators 11, for example, the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the facing position is the fixed position of the gasket 203 with respect to the separator 11B.
  • a region other than the bead 14B provided on the separator 11B is set as a fixed position.
  • the separator 11B and the lower mold 411L are brought close to each other, and the adhesive 211 is brought into contact with the position where the gasket 203 should be fixed.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 adheres to the separator 11B due to its own adhesiveness.
  • the separator 11B is bent to peel off the adhesive 211 from the lower mold 411L.
  • the separator 11B exhibits stronger adhesiveness than the lower mold 411L. Therefore, the pressure-sensitive adhesive 211 keeps sticking to the separator 11B and is peeled off from the lower mold 411L.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 to be the gasket 203 may or may not be crosslinked, as in the first to fourth embodiments. Cross-linking of the pressure-sensitive adhesive 211 is carried out after shaping into the lower mold 411L or after transferring to the separator 11B.
  • the gasket 203 can be formed on the separator 11B.
  • the separator 11B is not subjected to the pressure at the time of gasket molding, for example, the pressure due to the mold pressing or the injection pressure, and the gasket 203 can be molded on the separator 11B without causing breakage or damage. Therefore, as the separator 11 (11A, 11B), a brittle material such as one made of carbon can be used.
  • the same parts as those in the fifth embodiment are indicated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the gasket manufacturing method of the present embodiment produces a gasket 203 that conforms to the seal structure of the cooling surface seal 201 and the reaction surface seal 202 as shown in FIG. 4, similarly to the method of the second embodiment. Similar to the gasket manufacturing method of the fifth embodiment, the method of the present embodiment also includes a shaping step and a transfer step.
  • the shaping step is a step of shaping the pressure-sensitive adhesive 211 to be the gasket 203 on the lower mold 411L.
  • the lower mold 411L of the molding mold 411 is placed on the base 401.
  • the upper mold 411U of the molding mold 411 is provided with a gate 412 and a cavity 413.
  • the lower mold 411L is provided with a protrusion 414 that enters between two adjacent beads 14B provided on one of the pair of separators 11, for example, the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the protrusion 414 rises from the lower mold 411L at a rising angle of about 70 °. That is, the protrusion 414 is formed in a shape imitating the side wall 15B of the bead 14B to which the pressure-sensitive adhesive 211 serving as the gasket 203 adheres.
  • the cavity 413 provided in the upper mold 411U has a shape for arranging the protrusion 414 of the lower mold 411L and forming the gasket 203 in the portion communicating with the gate 412.
  • the material 212 of the pressure-sensitive adhesive 211 for example, unvulcanized butyl rubber, which is a rubber-like elastic material, is guided from the gate 412 to the cavity 413.
  • injection molding or transfer molding is adopted.
  • the adhesive 211 is formed on the lower die 411L along the protrusion 414.
  • the shaped pressure-sensitive adhesive 211 becomes the gasket 203.
  • the lower die 411L exhibits stronger adhesiveness than the wall portion of the cavity 413. ..
  • the transfer step is a step of transferring the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the lower mold 411L to the separator 11 to form the gasket 203.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 formed on the lower mold 411L is faced with one of the separators 11, for example, the separator 11B on the side in contact with the oxidizing gas (oxygen).
  • the facing position is the fixed position of the gasket 203 with respect to the separator 11B.
  • the fixing position of the gasket 203 is the side wall 15B of the bead 14B which is nestedly overlapped with the bead 14A of the separator 11A on the side in contact with the fuel gas (hydrogen).
  • the separator 11B and the lower mold 411L are brought close to each other, and the adhesive 211 is brought into contact with the position where the gasket 203 should be fixed.
  • the pressure-sensitive adhesive 211 adheres to the separator 11B due to its own adhesiveness.
  • the separator 11B is bent to peel off the adhesive 211 from the lower mold 411L.
  • the separator 11B exhibits stronger adhesiveness than the lower mold 411L. Therefore, the pressure-sensitive adhesive 211 keeps sticking to the separator 11B and is peeled off from the lower mold 411L.
  • the gasket 203 can be formed on the separator 11B.
  • the separator 11B is not subjected to the pressure at the time of gasket molding, for example, the pressure due to the mold pressing or the injection pressure, and the gasket 203 can be molded on the separator 11B without causing breakage or damage. Therefore, as the separator 11 (11A, 11B), a brittle material such as one made of carbon can be used.
  • Fuel cell 2 Fuel cell cell 11, 11A, 11B Separator 12 Placement area 13 Manifold 14, 14A, 14B Bead 15, 15A, 15B Side wall 101
  • Membrane electrode assembly 102
  • Electrolyte membrane (mating member) 103
  • Cooling surface seal 202
  • Reaction surface seal 203
  • Gasket 211
  • Adhesive 212
  • Material 301
  • Flexible base material 302
  • Protrusion 351
  • Intermediate base material 352
  • Protrusion 401
  • Base 411 Mold 411U Upper mold 411L Lower mold 412 Cavity 413 Gate 414 Protrusion

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Abstract

燃料電池用セパレータのガスケット203は、粘着剤211の賦形工程と、粘着剤211の転写工程とを経て成形され、賦形工程では、成形型を用いて、柔軟性を有するフレキシブル基材301にガスケット203となる粘着剤211を賦形し、転写工程では、燃料電池セルに設けられる電解質膜を挟んで対面し、電解質膜に密接してこの電解質膜との間に流体の流路を形成するビード14を有する一対のセパレータ11のうちの一方(例えばセパレータ11B)に対して、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211を転写してガスケット203を成形するものであって、これにより、破壊や損傷を生じさせることなくセパレータにガスケットを成形することができる。

Description

燃料電池セル用セパレータのガスケット製造方法
 燃料電池セル用セパレータのガスケット製造方法に関する。
 反応ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池が急速に普及している。燃料電池は発電効率が高く、環境への影響も少ないことから、好ましいエネルギー源として注目を集めている。
 燃料電池のうち、固体高分子形のものは、複数枚の燃料電池セルを積層したスタック構造を備えている。個々の燃料電池セルは、膜電極接合体(MEA)を一対のセパレータで挟み込んでいる。膜電極接合体は、電解質膜をアノード電極(陽極)とカソード電極(陰極)とで挟み込んだ構造物であり、それぞれの電極は、触媒層とガス拡散層(GDL)との積層構造を有している。セパレータはガス拡散層に密接し、ガス拡散層との間に水素と酸素の流路を形成する。
 このような燃料電池セルは、セパレータに形成した流路を利用し、アノード電極には水素を、カソード電極には酸素を供給する。これによって水の電気分解の逆の電気化学反応によって発電を行う。
 特許文献1の各図に示されているように、膜電極接合体の電解質膜(文献1中、符号55)は端部でシールされている。シールとしては、例えば特許文献1に記載されているようなゴム状弾性体などによって成形されたガスケット(ガスケット本体21、31)が用いられる。ガスケットは、セパレータの面と直交する方向に弾性変形し、一対のセパレータの間で膜電極接合体の電解質膜をシールする。
特開2016-143479号公報
 電解質膜をシールするガスケットは、射出成型やトランスファー成形によってセパレータに賦形される。このときカーボン製などのような脆性のセパレータは、ガスケット成形時の圧力、例えば型押さえによる圧力や射出圧などによって破壊されてしまう可能性がある。また比較的硬質である金属製のセパレータでも、例えばカーボンコーティングなどが表面に施されている場合には、ガスケット成形時の圧力によってコーティングが損傷してしまう可能性もある。
 破壊や損傷を生じさせることなくセパレータにガスケットを成形できるようにすることが求められる。
 燃料電池用セパレータのガスケット製造方法の一態様は、柔軟性を有するフレキシブル基材に成形型を用いてガスケットとなる粘着剤を賦形し、相手部材を挟んで対面し、前記相手部材に密接してこの相手部材との間に流体の流路を形成するビードを有する一対のセパレータのうちの一方に対して、前記フレキシブル基材に賦形された粘着剤を転写して前記ガスケットを成形する。
 燃料電池用セパレータのガスケット製造方法の別の一態様は、成形型を用いて中間基材にガスケットとなる粘着剤を賦形し、柔軟性を有するフレキシブル基材に対して前記中間基材に賦形された前記粘着剤を転写し、相手部材を挟んで対面し、前記相手部材に密接してこの相手部材との間に流体の流路を形成するビードを有する一対のセパレータのうちの一方に対して、前記フレキシブル基材に転写された粘着剤を転写して前記ガスケットを成形する。
 燃料電池用セパレータのガスケット製造方法のさらに別の一態様は、上型と下型とを有する成形型の前記下型にガスケットとなる粘着剤を賦形し、相手部材を挟んで対面し、前記相手部材に密接してこの相手部材との間に流体の流路を形成するビードを有する一対のセパレータのうちの一方に対して、前記下型に賦形された粘着剤を転写して前記ガスケットを成形する。
 破壊や損傷を生じさせることなくセパレータにガスケットを成形することができる。
複数枚の燃料電池セルを積層したスタック構造を概念的に示す模式図。 (A)~(C)は、第1の実施の形態として、粘着剤の賦形に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(D)は、第1の実施の形態として、セパレータに対する粘着剤の転写に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 一対のセパレータの間の隙間をシールするシール構造を示す垂直断面図。 (A)~(C)は、第2の実施の形態として、粘着剤の賦形に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(D)は、第2の実施の形態として、セパレータに対する粘着剤の転写に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(D)は、第3の実施の形態として、粘着剤の賦形に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(E)は、第3の実施の形態として、セパレータに対する粘着剤の転写に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(C)は、第4の実施の形態として、粘着剤の賦形に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(C)は、第4の実施の形態として、セパレータに対する粘着剤の第1段階の転写に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(C)は、第4の実施の形態として、セパレータに対する粘着剤の第2段階の転写に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(C)は、第5の実施の形態として、粘着剤の賦形に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(D)は、第5の実施の形態として、セパレータに対する粘着剤の転写に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(C)は、第6の実施の形態として、粘着剤の賦形に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。 (A)~(D)は、第6の実施の形態として、セパレータに対する粘着剤の転写に際して実行される各工程を経時的に示す垂直断面図。
[燃料電池]
 本実施の形態の燃料電池セパレータのガスケット製造方法は、燃料電池に用いられるセパレータに設けるべきガスケットを賦形し、このガスケットをセパレータに転写する方法の一例である。本実施の形態の方法が適用される燃料電池の一例を最初に説明する。
 図1に示すように、燃料電池1は、燃料電池セル2を複数個積層した積層構造を有している。燃料電池セル2は、燃料電池用の一対のセパレータ11の間にMEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ばれている膜電極接合体101を設けた電解質膜102を介在させている。このような燃料電池セル2は、冷却面シール201を介して積み重ねられる。図1では燃料電池セル2は二組だけ描かれているが、実際には数百組もの燃料電池セル2が積み重ねられて燃料電池1は構成されている。
 膜電極接合体101は、電解質膜102の両面中央部分に図示しない電極を設けた構造物である。電極は、電解質膜102上に成膜された触媒層と、触媒層上に成膜されたガス拡散層(GDL)とを有する積層構造を備えている(いずれも図示せず)。このような電極は、電解質膜102の一面側をアノード電極(陽極)とし、その反対面側をカソード電極(陰極)として用いられる。
 燃料電池用のセパレータ11は、一例としてカーボンなどの樹脂によって成形された平板状の部材である。もっともこのようなカーボン製のような脆性のものに限らず、別の一例として、薄肉のステンレス鋼板などプレス加工可能な平板状の部材をセパレータ11として用いてもよい。
 セパレータ11は、矩形の平面形状を備え、膜電極接合体101を配置するための配置領域12を設けている。配置領域12から外れた両端側の位置に三つずつ設けられている開口は、発電のために用いられたり、発電によって生じたりする流体を流通させるためのマニホールド13である。マニホールド13を流通させる流体は、燃料ガス(水素)、酸化ガス(酸素)、発電時の電気化学反応によって生成される水や余剰の酸化ガス、冷媒等である。
 セパレータ11に設けられたマニホールド13に位置を合わされて、電解質膜102にもマニホールド103が設けられている。これらのマニホールド103は、膜電極接合体101から外れた両端側の位置にそれぞれ三つ設けられた開口である。
 燃料電池1は、マニホールド13、103を利用して、膜電極接合体101を設けた電解質膜102の一面に対面するセパレータ11Aとの間に燃料ガス(水素)を導き、電解質膜102の一面と反対側の面に対面するセパレータ11Bとの間に酸化ガス(酸素)を導く。冷媒として用いられる冷却水は、冷却面シール201によってシールされた二組の燃料電池セル2の間に導かれる。このとき燃料ガス、酸化ガス、及び冷却水は、燃料電池セル2を組み立てる一対のセパレータ11(11A,11B)によって形成されたそれぞれの流路を流れる。
 一対のセパレータ11は、相手部材としての電解質膜102を挟んで対面し、燃料電池セル2を形成する。セパレータ11は、電解質膜102に密接してこの電解質膜102との間に流体の流路を形成するビード14を備えている。電解質膜102とセパレータ11Aのビード14Aとの間の空間は、燃料ガスの流路を形成する。電解質膜102とセパレータ11Bのビード14Bとの間の空間は、酸化ガスの流路を形成する。一組の燃料電池セル2のセパレータ11Aとこれに重なり合う燃料電池セル2のセパレータ11Bとの間に設けられたそれぞれのビード14A,14Bの間の空間は、冷却水の流路を形成する。
 燃料電池セル2は、セパレータ11及び膜電極接合体101の外周縁及びマニホールド13、103の周縁に、シール構造を備えている。シール構造は、二組の燃料電池セル2の間に介在する冷却面シール201と、セパレータ11と膜電極接合体101との間に設けられる反応面シール202とを含んでいる。このようなシール構造は、燃料ガス及び余剰の燃料ガスの流路と、酸化ガス及び発電時の電気化学反応によって生成される水の流路と、冷媒である冷却水の流路をそれぞれ独立させ、異なる種類の流体の混合を防止する。
 シール構造をなす冷却面シール201及び反応面シール202には、セパレータ11に固定されたガスケット203が用いられている。以下、燃料電池セパレータのガスケット製造方法の実施の形態を説明する。
[第1の実施の形態]
 第1の実施の形態を図2(A)~(C)及び図3(A)~(D)に基づいて説明する。本実施の形態のガスケット製造方法は、賦形工程と転写工程とを含んでいる。
 (賦形工程)
 賦形工程は、柔軟性を有するフレキシブル基材301、例えば樹脂フィルムにガスケット203となるべき粘着剤211を賦形する工程である。
 図2(A)に示すように、ベース401の上にフレキシブル基材301を載置し、このフレキシブル基材301を介して成形型411を載置する。成形型411にはゲート412とキャビティ413とが設けられている。キャビティ413はガスケット203を成形するための形状を有している。
 図2(B)に示すように、ゲート412から粘着剤211の材料212、例えばゴム状弾性材料である未加硫のブチルゴムなどをキャビティ413に導く。このときの成形手法としては、射出成形又はトランスファー成形が採用される。
 図2(C)に示すように、ベース401から成形型411を離すことで、フレキシブル基材301の平坦な面に粘着剤211が賦形される。賦形された粘着剤211は、ガスケット203となる。
 ベース401から成形型411を離すことでフレキシブル基材301に粘着剤211を賦形できるようにするために、キャビティ413の壁部よりもフレキシブル基材301の方が強い粘着性を発揮するようにされている。
 腑形工程で用いる粘着剤211としては、例えばブチルゴム、ポリイソブチレンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、天然ゴムなどをベースポリマーとするゴム系粘着剤などを用いることができる。
 粘着剤211には、添加剤を配合することも可能である。配合することができる添加剤は、例えば架橋剤、粘着付与剤、充填剤、老化防止剤などである。
 (転写工程)
 転写工程は、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211をセパレータ11に転写し、ガスケット203を成形する工程である。
 図3(A)に示すように、一方のセパレータ11、例えば酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに対して、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211を対面させる。対面させる位置は、セパレータ11Bに対するガスケット203の固定位置である。本実施の形態では、セパレータ11Bに設けられたビード14B以外の領域を固定位置としている。
 本実施の形態の変形例としては、セパレータ11Bに設けられたビード14Bの頂部を固定位置としてもよい。
 図3(B)に示すように、セパレータ11Bとフレキシブル基材301とを接近させ、ガスケット203を固定すべき位置に粘着剤211を接触させる。粘着剤211は自らの粘着性により、セパレータ11Bに粘着する。
 図3(C)に示すように、フレキシブル基材301を屈曲させ、粘着剤211から剥離する。このときフレキシブル基材301よりもセパレータ11Bの方が強い粘着性を発揮するようにされている。このため粘着剤211はフレキシブル基材301に粘着したままの状態を維持し、粘着剤211からフレキシブル基材301が剥離される。
 図3(D)に示すように、その結果セパレータ11Bに粘着剤211が固定され、粘着剤211はガスケット203となる。
 ガスケット203となる粘着剤211は、架橋してもしなくてもどちらでもよい。粘着剤211の架橋は、フレキシブル基材301に賦形した後、あるいはセパレータ11Bに転写した後に実施する。
 こうしてセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。このときセパレータ11Bにはガスケット成形時の圧力、例えば型押さえによる圧力や射出圧などがかからず、破壊や損傷を生じさせることなくセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。したがってセパレータ11(11A,11B)として、カーボン製のような脆性のものを用いることが可能である。
[第2の実施の形態]
 第2の実施の形態を図4ないし図6(A)~(D)に基づいて説明する。第1の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
 図4は、本実施の形態のガスケット製造方法の前提となる冷却面シール201及び反応面シール202のシール構造を示している。このシール構造は、セパレータ11のビード14を入れ子状に重なり合せている。一例として、膜電極接合体101を設けた電解質膜102の一面に対面するセパレータ11Aのビード14Aよりも、電解質膜102の一面と反対側の面に対面するセパレータ11Bのビード14Bの方が大きく形成され、ビード14Bは非接触状態でビード14Aに入り込んでいる。
 一対のセパレータ11のビード14(14A,14B)は、セパレータ11からの立ち上がり角度θを例えば70°程度にしている。このため一対のセパレータ11の互いに対面するビード14(14A,14B)の側壁15(15A,15B)は、セパレータ11に対して傾斜している。
 このようなシール構造で用いられるガスケット203は、入れ子状に重なり合うことで互いに対面するビード14(14A,14B)同士の側壁15(15A,15B)の間に配置されている。このときセパレータ11からのビード14の立ち上がり角度θは70°程度であることから、ガスケット203は平行四辺形の断面形状をなす。
 第1の実施の形態と同様に、ガスケット203は粘着剤211によって成形されているので、一対のセパレータ11の互いに対面するビード14(14A,14B)の側壁15(15A,15B)に粘着して固定されている。またガスケット203は、ビード14の側壁15のみならず、側壁15に連絡するセパレータ11の面にも粘着して固定されている。
 本実施の形態のガスケット製造方法は、以上説明したような冷却面シール201及び反応面シール202のシール構造に適合するガスケット203を生成する。本製造方法は、第1の実施の形態と同様に、賦形工程と転写工程とを含んでいる。
 (賦形工程)
 賦形工程は、柔軟性を有するフレキシブル基材301、例えば樹脂フィルムにガスケット203となるべき粘着剤211を賦形する工程である。
 図5(A)に示すように、ベース401の上にフレキシブル基材301を載置し、このフレキシブル基材301を介して成形型411を載置する。成形型411にはゲート412とキャビティ413とが設けられている。
 フレキシブル基材301は、一対のセパレータ11のうちの一方、例えば酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに設けられている隣接する二つのビード14Bの間に入り込む突部302を備えている。突部302は、ビード14Bと同様に、フレキシブル基材301から70°程度の立ち上がり角度で立ち上がっている。つまり突部302は、ガスケット203となる粘着剤211が粘着するビード14Bの側壁15Bを模した形状に形成されている。
 成形型411に設けられたキャビティ413は、フレキシブル基材301の突部302を配置し、ゲート412と連絡する部分にガスケット203を成形するための形状を有している。
 図5(B)に示すように、ゲート412から粘着剤211の材料212、例えばゴム状弾性材料である未加硫のブチルゴムなどをキャビティ413に導く。このときの成形手法としては、射出成形又はトランスファー成形が採用される。
 図5(C)に示すように、ベース401から成形型411を離すことで、突部302に沿うように、フレキシブル基材301に粘着剤211が賦形される。賦形された粘着剤211は、ガスケット203となる。
 ベース401から成形型411を離すことでフレキシブル基材301に粘着剤211を賦形できるようにするために、キャビティ413の壁部よりもフレキシブル基材301の方が強い粘着性を発揮するようにされている。
 (転写工程)
 転写工程は、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211をセパレータ11に転写し、ガスケット203を成形する工程である。
 図6(A)に示すように、酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに対して、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211を対面させる。対面させる位置は、セパレータ11Bに対するガスケット203の固定位置である。ガスケット203の固定位置は、図4に示すように、燃料ガス(水素)と接する側のセパレータ11Aのビード14Aと入れ子状に重なり合うビード14Bの側壁15Bである。
 図6(B)に示すように、セパレータ11Bとフレキシブル基材301とを接近させ、ガスケット203を固定すべき位置に粘着剤211を接触させる。粘着剤211は自らの粘着性により、セパレータ11Bに粘着する。
 図6(C)に示すように、フレキシブル基材301を屈曲させ、粘着剤211から剥離する。このときフレキシブル基材301よりもセパレータ11Bの方が強い粘着性を発揮するようにされている。このため粘着剤211はセパレータ11Bに粘着したままの状態を維持し、粘着剤211からフレキシブル基材301が剥離される。
 図6(D)に示すように、その結果セパレータ11Bに粘着剤211が固定され、粘着剤211はガスケット203となる。
 こうしてセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。このときセパレータ11Bにはガスケット成形時の圧力、例えば型押さえによる圧力や射出圧などがかからず、破壊や損傷を生じさせることなくセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。したがってセパレータ11(11A,11B)として、カーボン製のような脆性のものを用いることが可能である。
[第3の実施の形態]
 第3の実施の形態を図7(A)~(D)及び図8(A)~(E)に基づいて説明する。第2の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
 本実施の形態は、予め突部302が設けられたフレキシブル基材301を用いるのではなく、成形型411に対する粘着剤211の材料212の充填圧による型押しによって突部302を形成する一例である。このような製造方法上、フレキシブル基材301としてはより柔軟性の高いフィルム状のものが用いられる。
 本実施の形態のガスケット製造方法も第2の実施の形態の方法と同様に、図4に示すような冷却面シール201及び反応面シール202のシール構造に適合するガスケット203を生成する。賦形工程と転写工程とを含んでいる点も、第1及び第2の実施の形態のガスケット製造方法と同様である。
 (賦形工程)
 賦形工程は、例えば樹脂フィルムのような柔軟性を有するフレキシブル基材301にガスケット203となるべき粘着剤211を賦形する工程である。本実施の形態では、下型411Lと上型411Uとを用いる。
 図7(A)に示すように、下型411Lの上にフレキシブル基材301を載置し、このフレキシブル基材301を介して上型411Uを載置する。下型411Lには突部414が設けられ、上型411Uにはゲート412とキャビティ413とが設けられている。
 下型411Lに設けられた突部414は、第2の実施の形態のフレキシブル基材301に設けられた突部302に相当するもので、ビード14Bと同様に、フレキシブル基材301から70°程度の立ち上がり角度で立ち上がっている。つまり突部302は、ガスケット203となる粘着剤211が粘着するビード14Bの側壁15Bを模した形状に形成されている。
 上型411Uに設けられたキャビティ413は、下型411Lの突部414を配置し、ゲート412と連絡する部分にガスケット203を成形するための形状を有している。
 図7(B)に示すように、ゲート412から粘着剤211の材料212、例えばゴム状弾性材料である未加硫のブチルゴムなどをキャビティ413に導く。
 図7(C)に示すように、キャビティ413への粘着剤211の材料212の充填圧によって、フレキシブル基材301は突部414の形状に屈曲する。
 図7(D)に示すように、下型411Lから上型411Uを離すことで、フレキシブル基材301には、突部414に沿うように粘着剤211が賦形される。賦形された粘着剤211は、ガスケット203となる。
 下型411Lから上型411Uを離すことでフレキシブル基材301に粘着剤211を賦形できるようにするために、キャビティ413の壁部よりもフレキシブル基材301の方が強い粘着性を発揮するようにされている。
 (転写工程)
 転写工程は、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211をセパレータ11に転写し、ガスケット203を成形する工程である。
 図8(A)に示すように、酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに対して、下型411Lごとフレキシブル基材301に賦形された粘着剤211を対面させる。対面させる位置は、セパレータ11Bに対するガスケット203の固定位置である。ガスケット203の固定位置は、図4に示すように、燃料ガス(水素)と接する側のセパレータ11Aのビード14Aと入れ子状に重なり合うビード14Bの側壁15Bである。
 図8(B)に示すように、下型411Lに取り付けられたセパレータ11Bとフレキシブル基材301とを接近させ、ガスケット203を固定すべき位置に粘着剤211を接触させる。粘着剤211は自らの粘着性により、セパレータ11Bに粘着する。
 図8(C)に示すように、フレキシブル基材301から下型411Lを外す。このときセパレータ11Bと粘着剤211との間の粘着力、及び粘着剤211とフレキシブル基材301との間の粘着力よりも、フレキシブル基材301と下型411Lとの間の接合力の方が小さいため、下型411Lはフレキシブル基材301から円滑に外れる。
 図8(D)に示すように、フレキシブル基材301を屈曲させ、粘着剤211から剥離する。このときフレキシブル基材301よりもセパレータ11Bの方が強い粘着性を発揮するようにされている。このため粘着剤211はフレキシブル基材301に粘着したままの状態を維持し、粘着剤211からフレキシブル基材301が剥離される。
 図8(E)に示すように、その結果セパレータ11Bに粘着剤211が固定され、粘着剤211はガスケット203となる。
 こうしてセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。このときセパレータ11Bにはガスケット成形時の圧力、例えば型押さえによる圧力や射出圧などがかからず、破壊や損傷を生じさせることなくセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。したがってセパレータ11(11A,11B)として、カーボン製のような脆性のものを用いることが可能である。
[第4の実施の形態]
 第4の実施の形態を図9(A)~(C)ないし図11(A)~(C)に基づいて説明する。第2の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
 本実施の形態は、フレキシブル基材301に粘着剤211を直接賦形するのではなく、中間基材351に賦形し、中間基材351からフレキシブル基材301に転写し、さらにフレキシブル基材301からセパレータ11に転写する。
 本実施の形態のガスケット製造方法も第2の実施の形態の方法と同様に、図4に示すような冷却面シール201及び反応面シール202のシール構造に適合するガスケット203を生成する。賦形工程と転写工程とを含んでいる点も、第1及び第2の実施の形態のガスケット製造方法と同様である。もっとも前述したとおり、中間基材351からフレキシブル基材301(中間転写工程)、フレキシブル基材301からセパレータ11(最終転写工程)という二段階の転写工程を備えている。
 (賦形工程)
 賦形工程は、中間基材351にガスケット203となるべき粘着剤211を賦形する工程である。中間基材351は柔軟性を有している必要はなく、硬質な材料からなる部材であってもよい。
 図9(A)に示すように、ベース401の上に中間基材351を載置し、この中間基材351を介して成形型411を載置する。成形型411にはゲート412とキャビティ413とが設けられている。
 中間基材351は、一対のセパレータ11のうちの一方、例えば酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに設けられている隣接する二つのビード14Bの間に入り込む突部352を備えている。突部352は、ビード14Bと同様に、フレキシブル基材301から70°程度の立ち上がり角度で立ち上がっている。つまり突部352は、ガスケット203となる粘着剤211が粘着するビード14Bの側壁15Bを模した形状に形成されている。
 成形型411に設けられたキャビティ413は、中間基材351に設けられた突部352を配置し、ゲート412と連絡する部分にガスケット203を成形するための形状を有している。
 図9(B)に示すように、ゲート412から粘着剤211の材料212、例えばゴム状弾性材料である未加硫のブチルゴムなどをキャビティ413に導く。このときの成形手法としては、射出成形又はトランスファー成形が採用される。
 図9(C)に示すように、ベース401から成形型411を離すことで、突部352に沿うように、中間基材351に粘着剤211が賦形される。賦形された粘着剤211は、ガスケット203となる。
 ベース401から成形型411を離すことで中間基材351に粘着剤211を賦形できるようにするために、キャビティ413の壁部よりも中間基材351の方が強い粘着性を発揮するようにされている。
 (中間転写工程)
 中間転写工程は、中間基材351に賦形された粘着剤211をフレキシブル基材301に転写する工程である。フレキシブル基材301は、第2の実施の形態のような突部302が設けられた形状のものではなく、フラットな形状を有している。
 図10(A)に示すように、フレキシブル基材301に対して、中間基材351に賦形された粘着剤211を対面させる。
 図10(B)に示すように、フレキシブル基材301と中間基材351とを近接させ、フレキシブル基材301に粘着剤211を接触させる。粘着剤211は自らの粘着性により、フレキシブル基材301に粘着する。
 図10(C)に示すように、中間基材351からフレキシブル基材301を離す。このとき中間基材351よりもフレキシブル基材301の方が強い粘着性を発揮するようにされている。このため粘着剤211はフレキシブル基材301に粘着したままの状態を維持し、粘着剤211からフレキシブル基材301が剥離される。
 (最終転写工程)
 最終転写工程は、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211をセパレータ11に転写し、ガスケット203を成形する工程である。
 図11(A)に示すように、酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに対して、フレキシブル基材301に賦形された粘着剤211を対面させる。対面させる位置は、セパレータ11Bに対するガスケット203の固定位置である。ガスケット203の固定位置は、図4に示すように、燃料ガス(水素)と接する側のセパレータ11Aのビード14Aと入れ子状に重なり合うビード14Bの側壁15Bである。
 図11(B)に示すように、セパレータ11Bとフレキシブル基材301とを接近させ、ガスケット203を固定すべき位置に粘着剤211を接触させる。粘着剤211は自らの粘着性により、セパレータ11Bに粘着する。
 図11(C)に示すように、フレキシブル基材301を屈曲させ、粘着剤211から剥離する。このときフレキシブル基材301よりもセパレータ11Bの方が強い粘着性を発揮するようにされている。このため粘着剤211はフレキシブル基材301に粘着したままの状態を維持し、粘着剤211からフレキシブル基材301が剥離される。
 図11(D)に示すように、その結果セパレータ11Bに粘着剤211が固定され、粘着剤211はガスケット203となる。
 ガスケット203となる粘着剤211については、架橋してもしなくてもどちらでもよいことは第1~第3の実施の形態と同様である。粘着剤211の架橋は、中間基材351に賦形した後、フレキシブル基材301に転写した後、又はセパレータ11Bに転写した後に実施する。
 こうしてセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。このときセパレータ11Bにはガスケット成形時の圧力、例えば型押さえによる圧力や射出圧などがかからず、破壊や損傷を生じさせることなくセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。したがってセパレータ11(11A,11B)として、カーボン製のような脆性のものを用いることが可能である。
 本実施の形態の変形例としては、セパレータ11Bのビード14B以外の領域、又はセパレータ11Bに設けられたビード14Bの頂部をセパレータ11Bに対するガスケット203の固定位置としてもよい。これらの変形例を採用する場合、賦形工程では中間基材351の平坦な面に粘着剤211を賦形し、中間転写工程ではフレキシブル基材301の平坦な面に粘着剤211を中間転写する。
 これによって最終転写工程では、セパレータ11Bのビード14B以外の領域、又はセパレータ11Bに設けられたビード14Bの頂部に対して、フレキシブル基材301から粘着剤211を転写することができる。
[第5の実施の形態]
 第5の実施の形態を図12(A)~(C)及び図13(A)~(D)に基づいて説明する。第1の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
 (賦形工程)
 本実施の形態の成形型411は、上型411Uと下型411Lとを含んでいる。賦形工程は、ガスケット203となるべき粘着剤211を下型411Lに賦形する工程である。
 図12(A)に示すように、ベース401の上に成形型411の下型411Lを載置する。成形型411の上型411Uにはゲート412とキャビティ413とが設けられている。キャビティ413はガスケット203を成形するための形状を有している。
 図12(B)に示すように、ゲート412から粘着剤211の材料212、例えばゴム状弾性材料である未加硫のブチルゴムなどをキャビティ413に導く。このときの成形手法としては、射出成形又はトランスファー成形が採用される。
 図12(C)に示すように、ベース401から成形型411を離すことで、下型411Lの平坦な面に粘着剤211が賦形される。賦形された粘着剤211は、ガスケット203となる。
 ベース401から成形型411を離して下型411Lに粘着剤211を賦形できるようにするために、キャビティ413の壁部よりも下型411Lの方が強い粘着性を発揮するようにされている。
 (転写工程)
 転写工程は、下型411Lに賦形された粘着剤211をセパレータ11に転写し、ガスケット203を成形する工程である。
 図13(A)に示すように、一方のセパレータ11、例えば酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに対して、下型411Lに賦形された粘着剤211を対面させる。対面させる位置は、セパレータ11Bに対するガスケット203の固定位置である。本実施の形態では、セパレータ11Bに設けられたビード14B以外の領域を固定位置としている。
 図13(B)に示すように、セパレータ11Bと下型411Lとを接近させ、ガスケット203を固定すべき位置に粘着剤211を接触させる。粘着剤211は自らの粘着性により、セパレータ11Bに粘着する。
 図13(C)に示すように、セパレータ11Bを屈曲させ、下型411Lから粘着剤211を剥離する。このとき下型411Lよりもセパレータ11Bの方が強い粘着性を発揮するようにされている。このため粘着剤211はセパレータ11Bに粘着したままの状態を維持し、下型411Lから剥離される。
 図13(D)に示すように、その結果セパレータ11Bに粘着剤211が固定され、粘着剤211はガスケット203となる。
 ガスケット203となる粘着剤211については、架橋してもしなくてもどちらでもよいことは第1~第4の実施の形態と同様である。粘着剤211の架橋は、下型411Lに賦形した後、あるいはセパレータ11Bに転写した後に実施する。
 こうしてセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。このときセパレータ11Bにはガスケット成形時の圧力、例えば型押さえによる圧力や射出圧などがかからず、破壊や損傷を生じさせることなくセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。したがってセパレータ11(11A,11B)として、カーボン製のような脆性のものを用いることが可能である。
[第6の実施の形態]
 第6の実施の形態を図14(A)~(C)及び図15(A)~(D)に基づいて説明する。第5の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
 本実施の形態のガスケット製造方法は、第2の実施の形態の方法と同様に、図4に示すような冷却面シール201及び反応面シール202のシール構造に適合するガスケット203を生成する。第5の実施の形態のガスケット製造方法と同様に、本実施の形態の方法も賦形工程と転写工程とを含んでいる。
 (賦形工程)
 賦形工程は、下型411Lにガスケット203となるべき粘着剤211を賦形する工程である。
 図14(A)に示すように、ベース401の上に成形型411の下型411Lを載置する。成形型411の上型411Uにはゲート412とキャビティ413とが設けられている。
 下型411Lは、一対のセパレータ11のうちの一方、例えば酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに設けられている隣接する二つのビード14Bの間に入り込む突部414を備えている。突部414は、ビード14Bと同様に、下型411Lから70°程度の立ち上がり角度で立ち上がっている。つまり突部414は、ガスケット203となる粘着剤211が粘着するビード14Bの側壁15Bを模した形状に形成されている。
 上型411Uに設けられたキャビティ413は、下型411Lの突部414を配置し、ゲート412と連絡する部分にガスケット203を成形するための形状を有している。
 図14(B)に示すように、ゲート412から粘着剤211の材料212、例えばゴム状弾性材料である未加硫のブチルゴムなどをキャビティ413に導く。このときの成形手法としては、射出成形又はトランスファー成形が採用される。
 図14(C)に示すように、ベース401から成形型411を離すことで、突部414に沿うように、下型411Lに粘着剤211が賦形される。賦形された粘着剤211は、ガスケット203となる。
 ベース401から成形型411を離して下型411Lに粘着剤211を賦形できるようにするために、キャビティ413の壁部よりも下型411Lの方が強い粘着性を発揮するようにされている。
 (転写工程)
 転写工程は、下型411Lに賦形された粘着剤211をセパレータ11に転写し、ガスケット203を成形する工程である。
 図15(A)に示すように、一方のセパレータ11、例えば酸化ガス(酸素)に接する側のセパレータ11Bに対して、下型411Lに賦形された粘着剤211を対面させる。対面させる位置は、セパレータ11Bに対するガスケット203の固定位置である。ガスケット203の固定位置は、図4に示すように、燃料ガス(水素)と接する側のセパレータ11Aのビード14Aと入れ子状に重なり合うビード14Bの側壁15Bである。
 図15(B)に示すように、セパレータ11Bと下型411Lとを接近させ、ガスケット203を固定すべき位置に粘着剤211を接触させる。粘着剤211は自らの粘着性により、セパレータ11Bに粘着する。
 図15(C)に示すように、セパレータ11Bを屈曲させ、下型411Lから粘着剤211を剥離する。このとき下型411Lよりもセパレータ11Bの方が強い粘着性を発揮するようにされている。このため粘着剤211はセパレータ11Bに粘着したままの状態を維持し、下型411Lから剥離される。
 図15(D)に示すように、その結果セパレータ11Bに粘着剤211が固定され、粘着剤211はガスケット203となる。
 こうしてセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。このときセパレータ11Bにはガスケット成形時の圧力、例えば型押さえによる圧力や射出圧などがかからず、破壊や損傷を生じさせることなくセパレータ11Bにガスケット203を成形することができる。したがってセパレータ11(11A,11B)として、カーボン製のような脆性のものを用いることが可能である。
  1  燃料電池
  2  燃料電池セル
 11,11A,11B  セパレータ
 12  配置領域
 13  マニホールド
 14,14A,14B  ビード
 15,15A,15B  側壁
101  膜電極接合体
102  電解質膜(相手部材)
103  マニホールド
201  冷却面シール
202  反応面シール
203  ガスケット
211  粘着剤
212  材料
301  フレキシブル基材
302  突部
351  中間基材
352  突部
401  ベース
411  成形型
411U 上型
411L 下型
412  キャビティ
413  ゲート
414  突部

Claims (10)

  1.  柔軟性を有するフレキシブル基材に成形型を用いてガスケットとなる粘着剤を賦形し、
     相手部材を挟んで対面し、前記相手部材に密接してこの相手部材との間に流体の流路を形成するビードを有する一対のセパレータのうちの一方に対して、前記フレキシブル基材に賦形された粘着剤を転写して前記ガスケットを成形する、
     燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  2.  前記粘着剤の転写位置は、前記ビードの側面である、
     請求項1に記載の燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  3.  前記粘着剤の賦形位置は、隣接する二つの前記ビードの間に入り込む前記フレキシブル基材に設けられた突部の側面である、
     請求項2に記載の燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  4.  前記フレキシブル基材の突部は、前記成形型に対する前記粘着剤の充填圧による型押しによって成形される、
     請求項3に記載の燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  5.  成形型を用いて中間基材にガスケットとなる粘着剤を賦形し、
     柔軟性を有するフレキシブル基材に対して前記中間基材に賦形された前記粘着剤を転写し、
     相手部材を挟んで対面し、前記相手部材に密接してこの相手部材との間に流体の流路を形成するビードを有する一対のセパレータのうちの一方に対して、前記フレキシブル基材に転写された粘着剤を転写して前記ガスケットを成形する、
     燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  6.  前記粘着剤の転写位置は、前記ビードの側面である、
     請求項5に記載の燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  7.  前記粘着剤の賦形位置は、前記中間基材に設けられた突部の側面である、
     請求項6に記載の燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  8.  上型と下型とを有する成形型の前記下型にガスケットとなる粘着剤を賦形し、
     相手部材を挟んで対面し、前記相手部材に密接してこの相手部材との間に流体の流路を形成するビードを有する一対のセパレータのうちの一方に対して、前記下型に賦形された粘着剤を転写して前記ガスケットを成形する、
     燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  9.  前記粘着剤の転写位置は、前記ビードの側面である、
     請求項8に記載の燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
  10.  前記粘着剤の賦形位置は、隣接する二つの前記ビードの間に入り込む前記下型に設けられた突部の側面である、
     請求項9に記載の燃料電池用セパレータのガスケット製造方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016143479A (ja) 2015-01-30 2016-08-08 Nok株式会社 燃料電池用ガスケット
WO2016194573A1 (ja) * 2015-06-04 2016-12-08 Nok株式会社 ガスケット及びその製造方法
JP2017054727A (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 凸版印刷株式会社 膜電極接合体の製造方法、膜電極接合体
WO2017188059A1 (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 Nok株式会社 液状シリコーンゴム組成物およびこれを用いた固体高分子型燃料電池セパレータ用シール部品
WO2017195489A1 (ja) * 2016-05-10 2017-11-16 Nok株式会社 ガスケット及びその装着方法
WO2017199644A1 (ja) * 2016-05-20 2017-11-23 Nok株式会社 ガスケット及びその組付け方法
WO2017212775A1 (ja) * 2016-06-10 2017-12-14 Nok株式会社 ガスケットの製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4420166B2 (ja) * 2001-03-02 2010-02-24 Nok株式会社 燃料電池用構成部品の製造方法
JP4367477B2 (ja) * 2006-10-30 2009-11-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP5099352B2 (ja) * 2008-05-23 2012-12-19 Nok株式会社 シール部品の製造方法
KR101141366B1 (ko) * 2009-10-27 2012-05-03 현대하이스코 주식회사 연료전지용 분리판의 고상가스켓 형성방법
JP6098948B2 (ja) * 2014-11-06 2017-03-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータ、燃料電池セル及び燃料電池
JP6600230B2 (ja) * 2015-06-29 2019-10-30 Nok株式会社 ガスケットの製造方法
JP6673678B2 (ja) * 2015-12-03 2020-03-25 Nok株式会社 キャリアフィルム付きガスケット及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016143479A (ja) 2015-01-30 2016-08-08 Nok株式会社 燃料電池用ガスケット
WO2016194573A1 (ja) * 2015-06-04 2016-12-08 Nok株式会社 ガスケット及びその製造方法
JP2017054727A (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 凸版印刷株式会社 膜電極接合体の製造方法、膜電極接合体
WO2017188059A1 (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 Nok株式会社 液状シリコーンゴム組成物およびこれを用いた固体高分子型燃料電池セパレータ用シール部品
WO2017195489A1 (ja) * 2016-05-10 2017-11-16 Nok株式会社 ガスケット及びその装着方法
WO2017199644A1 (ja) * 2016-05-20 2017-11-23 Nok株式会社 ガスケット及びその組付け方法
WO2017212775A1 (ja) * 2016-06-10 2017-12-14 Nok株式会社 ガスケットの製造方法

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