WO2021215114A1 - ガスケットの製造方法 - Google Patents

ガスケットの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021215114A1
WO2021215114A1 PCT/JP2021/007724 JP2021007724W WO2021215114A1 WO 2021215114 A1 WO2021215114 A1 WO 2021215114A1 JP 2021007724 W JP2021007724 W JP 2021007724W WO 2021215114 A1 WO2021215114 A1 WO 2021215114A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gasket
bead
width
separator
manufacturing
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/007724
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
元 由井
亮 富田
拓朗 西村
太熙 湯淺
Original Assignee
Nok株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nok株式会社 filed Critical Nok株式会社
Priority to JP2022516873A priority Critical patent/JP7194865B2/ja
Priority to CN202180008939.0A priority patent/CN114946056A/zh
Priority to US17/792,784 priority patent/US20230035997A1/en
Priority to EP21791602.2A priority patent/EP4141295A4/en
Publication of WO2021215114A1 publication Critical patent/WO2021215114A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286Processes for forming seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818Flat gaskets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818Flat gaskets
    • F16J15/0825Flat gaskets laminated
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/14Sealings between relatively-stationary surfaces by means of granular or plastic material, or fluid
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276Sealing means characterised by their form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • F16J15/12Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering
    • F16J15/128Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing with metal reinforcement or covering with metal covering
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818Flat gaskets
    • F16J2015/085Flat gaskets without fold over
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/02Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818Flat gaskets
    • F16J2015/0856Flat gaskets with a non-metallic coating or strip
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284Organic resins; Organic polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a gasket such as a gasket with an integrated separator for a fuel cell.
  • the film thickness of the gasket tends to be thinner in the portion where the width in the lateral direction of the bead is wider than in the portion where the width is narrow. It was found that the film thickness became non-uniform. If the film thickness of the gasket becomes non-uniform, the sealing performance will not be stable, and there is still room for improvement. It is considered that the same problem may occur not only in the case of the gasket integrated with the separator but also in the case of a general metal gasket.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gasket, which makes it possible to improve the sealing performance by making the film thickness of the gasket formed on the bead provided on the substrate uniform.
  • the method for manufacturing a gasket of the present invention is A step of discharging the gasket material along the beads provided on the base by moving the discharge device for discharging the gasket material relative to the base.
  • the process of curing the gasket material discharged onto the bead and It is a manufacturing method of a gasket having The bead is characterized in that a plurality of portions having different widths in the lateral direction are provided, and the relative moving speed of the discharge device with respect to the substrate is different in each portion.
  • the moving speed of the bead is slower in the wide and wide portion than in the narrow portion as compared with the moving speed in the narrow and narrow portion in the lateral direction.
  • the bead has a portion having a linear planar shape and a portion having a curved plane shape, and it is preferable that the curved portion has a wider width than the linear portion.
  • the curved portion is provided with a portion having a different radius of curvature, and the width of the second portion having a smaller radius of curvature than the first portion is larger than the width of the first portion having a large radius of curvature. Should be wide.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the separator body according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the separator integrated gasket according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing one of the manufacturing processes of the separator integrated gasket according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the relative moving speed of the discharge device with respect to the separator and the film thickness of the gasket material.
  • Example A method for manufacturing a gasket according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • the gasket manufacturing method the case of the separator integrated gasket manufacturing method will be described as an example.
  • the separator integrated gasket 100 includes a separator main body (base) 110 for a fuel cell and an elastic gasket 120 integrally provided on the separator main body 110.
  • the separator main body 110 is made of a plate-shaped member made of metal or the like. However, as the material of the separator main body 110, a resin material or the like may be adopted in addition to the carbon material.
  • the separator main body 110 is generally provided with a plurality of manifolds and flow paths formed on the surface of the separator main body 110, but they are omitted in each drawing.
  • the manifold is provided to distribute the fuel gas, the oxidant gas, the coolant, and the like to each cell. Further, the flow path formed on the surface of the separator main body 110 is used as a flow path through which fuel gas, oxidant gas, and the like flow.
  • beads 111 are formed around the manifold and around the region where the flow path is formed, and elastic gaskets 120 are formed on the beads 111, respectively. .. Therefore, in the separator main body 110, beads are provided at a plurality of places, but in FIG. 2, only a part of the beads 111 is simply shown for convenience.
  • gasket 120 silicon rubber, fluororubber, EPDM, butyl rubber and the like can be mentioned as suitable examples.
  • the gasket 120 seals the gap between the separator body 110 and the electrolyte membrane 200.
  • FIGS. 2 and 3A and 3B are cross-sectional views of a separator integrated gasket 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the BB sectional view and (c) correspond to the CC sectional view in FIG.
  • the bead 111 provided on the separator main body 110 has a portion having a linear planar shape and a portion having a curved planar shape. Further, the curved portion is provided with a portion having a different radius of curvature.
  • a portion of the bead 111 having a linear planar shape is referred to as a “linear portion”, and a curved portion is referred to as a “curved portion”.
  • a part having a large radius of curvature is referred to as a "first part”
  • a part having a radius of curvature smaller than that of the "first part” is referred to as a "second part”.
  • the AA cross section shown in FIG. 3A shows the cross section of the linear portion 111a in the bead 111.
  • the BB cross section shown in FIG. 6B shows the cross section of the first portion 111b in the bead 111.
  • the CC cross section shown in FIG. 6C shows the cross section of the second portion 111c in the bead 111.
  • the bead 111 is configured such that the curved portion (first portion 111b and second portion 111c) has a wider width in the lateral direction of the bead 111 than the linear portion 111a. ing. Therefore, the linear portion 111a can be referred to as a "narrow portion". Further, in the curved portion, the width of the bead 111 in the lateral direction is wider than that of the linear portion 111a, so that it can be called a “wide portion”. More specifically, as shown in FIG.
  • the width of the linear portion 111a in the lateral direction is W1
  • the width of the first portion 111b in the lateral direction is W2
  • the width of the second portion 111c in the lateral direction is defined as the width of the second portion 111c. If it is W3, W1 ⁇ W2 and W1 ⁇ W3 are satisfied. Further, in the bead 111, the width in the lateral direction of the second portion 111c having a smaller radius of curvature is wider than that of the first portion 111b in the lateral direction in the first portion 111b having a large radius of curvature. It is configured as follows. That is, W2 ⁇ W3 is satisfied.
  • the latter part has a wider width in the lateral direction, so that the first part 111b is a "narrow part” and the second part 111c.
  • the "narrow part” and the "wide part” are determined by the parts to be compared.
  • the height H1 of the bead 111 is configured to be equal over the entire area. Further, the thickness H2 of the gasket 120 formed on the bead 111 is also configured to be equal over the entire area. Further, it is preferable that the thickness H2 of the gasket 120 is set in the range of 20 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. Further, it is preferable that the width of the gasket 120 in the lateral direction is set to 1 mm or more and 3 mm or less.
  • FIG. 4 is a diagram showing one of the manufacturing processes of the separator integrated gasket according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the relative moving speed of the discharge device with respect to the separator and the film thickness of the gasket material.
  • the discharge device 500 discharges the gasket material 120X (liquid rubber or the like) onto the bead 111 in the separator main body 110, and cures the discharged gasket material 120X. It has a curing step to make it.
  • FIG. 4 simply shows the state of the discharge process.
  • the separator main body 110 is shown as a part of a cross-sectional view obtained by cutting the separator main body 110 along the bead 111.
  • FIG. 4 shows a state in which the discharge device 500 discharges the gasket material 120X with respect to the separator main body 110 while moving relatively from the left side to the right side in the drawing. Since the mechanism for moving these, the control device for controlling the movement, and the like are known techniques, the description thereof will be omitted. Further, the discharge device 500 can employ various known techniques such as a dispenser and an inkjet device.
  • thermosetting rubber material can be applied to the gasket material 120X according to this embodiment.
  • the gasket material 120X in the curing step, is cured and fixed to the separator main body 110 by heating the separator main body 110 coated with the gasket material 120X by a heater (not shown). That is, the gasket 120 can be integrally formed on the separator main body 110.
  • the bead 111 is provided with a plurality of portions having different widths in the lateral direction. Then, in the discharge step, the relative moving speed of the discharge device 500 with respect to the separator main body 110 at each portion of the bead 111 having a different width in the lateral direction (hereinafter, this relative speed is referred to as "relative speed"). Are different from each other.
  • FIG. 5 shows the relationship between the relative velocity and the film thickness of the gasket material 120X to be applied when the widths of the beads 111 in the lateral direction are different.
  • the graphs W1, W2, and W3 correspond to the case where the width of the bead 111 in the lateral direction is W1, W2, and W3, respectively.
  • the relative velocity V1 in the linear portion 111a having a narrow width in the lateral direction of the bead 111 is wider than the linear portion 111a in the wide portion in the lateral direction.
  • the relative speeds V2 and V3 are set to be slower.
  • the relative velocity V3 at the second portion 111c, which is wider in the lateral direction of the bead 111, is slower than the relative velocity V2 at the first portion 111b.
  • the width of the bead 111 in the separator main body 110 in the lateral direction is linear or curved, or if it is curved. Different configurations are adopted depending on the radius of curvature. As a result, the reaction force of the bead 111 is made uniform.
  • the relative velocity may be continuously changed in the portion where the width of the bead 111 in the lateral direction is continuously changed.
  • the film thickness of the gasket 120 can be made uniform to some extent. can.
  • a method of manufacturing a gasket with an integrated separator has been described.
  • the method for manufacturing a gasket of the present invention is applicable to various techniques for forming a gasket on a bead provided on a substrate (in the case of a metal gasket, a metal plate) such as a metal gasket.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

ビード上に形成するガスケットの膜厚の均一化を図ることで、密封性を高めることを可能とするガスケットの製造方法を提供する。 ガスケット材料を吐出する工程と、ビード111上に吐出されたガスケット材料を硬化させる工程と、を有するセパレータ一体ガスケットの製造方法であって、ビード111は、短手方向の幅が異なる部位が設けられており、前記幅の狭い幅狭部位におけるセパレータ本体110に対する吐出装置の相対的な移動速度に比べて、前記幅狭部位よりも前記幅の広い幅広部位における前記移動速度の方が遅いことを特徴とする。

Description

ガスケットの製造方法
 本発明は、燃料電池用のセパレータ一体ガスケットなどのガスケットの製造方法に関する。
 従来、燃料電池用のセパレータにビードが設けられ、このビード上に弾性体製のガスケットが一体的に設けられる技術が知られている(特許文献1参照)。このような技術においては、ビードにより所定の反力が得られ、弾性体製のガスケットが、ガスケット密着対象面の微小な凹凸に対しても、凹凸に対して倣うように密着することで密封性を高めることができる。
 しかしながら、ビードの平面形状については、直線状の部位や湾曲状の部位が存在する。そして、ビードによる反力は、直線状の部位に比べて湾曲状の部位の方が高くなる傾向にあり、また、曲率半径が小さいほど反力が高くなる傾向にある。そこで、本願の出願人は、ビードの短手方向の幅を、直線状の部位よりも湾曲状の部位の方が広くなるように、また、曲率半径が小さい部位ほど、当該幅を広くなるようにすることで、ビードの反力を均一化させる技術を既に提案している(特許文献2参照)。
 このような技術において、従来製法によりガスケットをセパレータ本体に一体的に設ける場合、ビードの短手方向の幅が広い部位の方が、狭い部位に比べて、ガスケットの膜厚が薄くなる傾向となり、膜厚が不均一になることが分かった。ガスケットの膜厚が不均一になると、密封性が安定しないため、未だ改善の余地がある。なお、セパレータ一体ガスケットだけでなく、一般的な金属ガスケットの場合においても、同様の問題が発生し得ると考えられる。
特開2017-139218号公報 特願2018-231660号
 本発明の目的は、基体に設けられたビード上に形成するガスケットの膜厚の均一化を図ることで、密封性を高めることを可能とするガスケットの製造方法を提供することにある。
 本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
 すなわち、本発明のガスケットの製造方法は、
 ガスケット材料を吐出させる吐出装置を基体に対して相対的に移動させることによって、前記基体に設けられたビードに沿って、ガスケット材料を吐出する工程と、
 前記ビード上に吐出されたガスケット材料を硬化させる工程と、
を有するガスケットの製造方法であって、
 前記ビードは、短手方向の幅がそれぞれ異なる部位が複数設けられており、各部位で前記基体に対する前記吐出装置の相対的な移動速度がそれぞれ異なっていることを特徴とする。
 これにより、ビードの短手方向の幅に応じた移動速度でガスケット材料が吐出されるので、ガスケットの膜厚を適宜調整することができる。
 前記ビードは、前記短手方向の幅の狭い幅狭部位における前記移動速度に比べて、前記幅狭部位よりも前記幅の広い幅広部位における前記移動速度の方が遅いとよい。
 これにより、ビードの短手方向の幅が広いほど、吐出されるガスケット材料が幅方向に拡がりガスケットの膜厚が薄くなる傾向があるものの、セパレータに対する吐出装置の相対的な移動速度が遅いことで、膜厚が薄くなることを抑制することができる。
 前記ビードは、平面形状が直線状の部位と湾曲状の部位とを有しており、前記直線状の部位に比べて前記湾曲状の部位の方が、前記幅が広いとよい。
 また、前記湾曲状の部位は曲率半径が異なる部位が設けられており、曲率半径の大きな第1部位における前記幅に比べて、第1部位よりも曲率半径の小さな第2部位における前記幅の方が広いとよい。
 なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
 以上説明したように、本発明によれば、基体に設けられたビード上に形成するガスケットの膜厚の均一化を図ることで、密封性を高めることができる。
図1は本発明の実施例に係る燃料電池の一部を示す断面図である。 図2は本発明の実施例に係るセパレータ本体の平面図である。 図3は本発明の実施例に係るセパレータ一体ガスケットの断面図である。 図4は本発明の実施例に係るセパレータ一体ガスケットの製造工程の一つを示す図である。 図5はセパレータに対する吐出装置の相対的な移動速度とガスケット材料の膜厚との関係を示すグラフである。
 以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
 (実施例)
 図1~図5を参照して、本発明の実施例に係るガスケットの製造方法について説明する。なお、本実施例においては、ガスケットの製造方法の一例として、セパレータ一体ガスケットの製造方法の場合を例にして説明する。
 <燃料電池>
 図1を参照して、本実施例に係るセパレータ一体ガスケット100を備える燃料電池について説明する。一般的に、燃料電池は、複数の単セルからなるセルスタックとして構成される。図1においては、単セル10の断面図を示している。単セル10は、一対のセパレータ一体ガスケット100と、これら一対のセパレータ一体ガスケット100の間に設けられるMEA(Membrane Electrode Assembly)とを備えている。MEAは、電解質膜200と、電解質膜200の両面に備えられる一対のガス拡散層300とを備えている。
 <セパレータ一体ガスケット>
 図1及び図2を参照して、燃料電池(単セル10)に備えられるセパレータ一体ガスケット100について、より詳細に説明する。図2は本発明の実施例に係るセパレータ本体の平面図である。図2においては、ガスケット120が設けられる前のセパレータ本体110の平面図を概略的に示している。
 セパレータ一体ガスケット100は、燃料電池用のセパレータ本体(基体)110と、セパレータ本体110に一体的に設けられる弾性体製のガスケット120とを備えている。セパレータ本体110は、金属などにより構成される板状の部材により構成される。ただし、セパレータ本体110の材料として、カーボン材料の他、樹脂材料なども採用し得る。セパレータ本体110には、複数のマニホルドやセパレータ本体110の表面に形成される流路が設けられるのが一般的であるが、各図においては省略している。なお、マニホルドは、燃料ガス,酸化剤ガス、及び冷却液などを各セルに分配するために設けられる。また、セパレータ本体110の表面に形成される流路は、燃料ガスや酸化剤ガスなどが流れる流路として用いられる。
 そして、上記の燃料ガスなどが外部などに漏れてしまうことを防止するために、マニホルドの周囲、及び流路が形成されている領域の周囲に、それぞれ、上記の弾性体製のガスケット120がセパレータ本体110に一体的に設けられている。本実施例においては、密封性を高めるために、セパレータ本体110にビード111が設けられて、このビード111の上にガスケット120が形成される。このような構成を採用することで、ビード111により所定の反力が得られ、弾性体製のガスケット120が、ガスケット密着対象面の微小な凹凸に対しても、凹凸に対して倣うように密着するため密封性を高めることができる。
 なお、セパレータ本体110には、マニホルドの周囲、及び流路が形成されている領域の周囲に、それぞれビード111が形成され、これらのビード111の上にそれぞれ弾性体製のガスケット120が形成される。従って、セパレータ本体110においては、複数個所にビードが設けられるが、図2においては、便宜上、一部のビード111のみを簡略的に示している。
 なお、ガスケット120の材料としては、シリコンゴム,フッ素ゴム,EPDM及びブチルゴムなどを好適な例として挙げることができる。このガスケット120によって、セパレータ本体110と電解質膜200との間の隙間が封止される。
 <セパレータ本体>
 特に、図2及び図3を参照して、本実施例に係るセパレータ本体110について、より詳細に説明する。図3は本発明の実施例に係るセパレータ一体ガスケット100の断面図であり、図3中のセパレータ本体の断面について、(a)は図2中のAA断面図、(b)は図2中のBB断面図、(c)は図2中のCC断面図に相当する。
 本実施例に係るセパレータ本体110に設けられたビード111は、その平面形状が直線状の部位と湾曲状の部位とを有している。また、湾曲状の部位は曲率半径が異なる部位が設けられている。ここで、説明の便宜上、以下、適宜、ビード111の平面形状が直線状の部位を「直線状部位」と称し、湾曲状の部位を「湾曲状部位」と称する。また、適宜、湾曲状部位のうち、曲率半径の大きな部位を「第1部位」、「第1部位」よりも曲率半径の小さな部位を「第2部位」と称する。
 図3(a)に示すAA断面は、ビード111における直線状部位111aの断面を示している。また、同図(b)に示すBB断面は、ビード111における第1部位111bの断面を示している。更に、同図(c)に示すCC断面は、ビード111における第2部位111cの断面を示している。
 本実施例においては、ビード111は、直線状部位111aに比べて湾曲状部位(第1部位111b及び第2部位111c)の方が、ビード111の短手方向の幅が広くなるように構成されている。従って、直線状部位111aは「幅狭部位」ということができる。また、湾曲状部位においては、直線状部位111aと比べた場合には、ビード111の短手方向の幅が広いので、「幅広部位」ということができる。より具体的には、図3に示すように、直線状部位111aにおける短手方向の幅をW1、第1部位111bにおける短手方向の幅をW2、第2部位111cにおける短手方向の幅をW3とすると、W1<W2及びW1<W3を満たす。また、ビード111においては、曲率半径の大きな第1部位111bにおける短手方向の幅に比べて、第1部位111bよりも曲率半径の小さな第2部位111cにおける短手方向の幅の方が広くなるように構成されている。つまり、W2<W3を満たす。このように、第1部位111bと第2部位111cとを比較した場合には、後者の方が短手方向の幅が広いので、第1部位111bは「幅狭部位」で、第2部位111cは「幅広部位」ということができる。以上のように、「幅狭部位」と「幅広部位」については、比較する部位によって決まる。
 なお、ビード111の高さH1は全域に亘って等しくなるように構成されている。また、ビード111の上に形成されるガスケット120の厚みH2も全域に亘って等しくなるように構成されている。また、ガスケット120の厚みH2は、20μm以上300μm以下の範囲で設定すると好適である。更に、ガスケット120の短手方向の幅は1mm以上3mm以下に設定すると好適である。
 <セパレータ一体ガスケットの製造方法>
 特に、図4及び図5を参照して、本実施例に係るセパレータ一体ガスケットの製造方法について説明する。図4は本発明の実施例に係るセパレータ一体ガスケットの製造工程の一つを示す図である。図5はセパレータに対する吐出装置の相対的な移動速度とガスケット材料の膜厚との関係を示すグラフである。
 本実施例に係るセパレータ一体ガスケットの製造方法においては、吐出装置500により、セパレータ本体110におけるビード111上にガスケット材料120X(液状ゴムなど)を吐出する吐出工程と、吐出されたガスケット材料120Xを硬化させる硬化工程とを有する。なお、図4においては、吐出工程の様子を簡略的に示している。図4中、セパレータ本体110については、ビード111に沿ってセパレータ本体110を切断した断面図の一部を示している。
 吐出装置500によって、セパレータ本体110におけるビード111上にガスケット材料120Xを吐出する場合には、セパレータ本体110を固定した状態で、吐出装置500を移動させる構成、吐出装置500を固定した状態で、セパレータ本体110を移動させる構成、及び、吐出装置500とセパレータ本体110の双方を移動させる構成のいずれを採用しても構わない。図4においては、セパレータ本体110に対して、吐出装置500が図中左側から右側に相対的に移動しながらガスケット材料120Xを吐出する様子を示している。なお、これらを移動させる機構、及び移動を制御する制御装置等については、公知技術であるので、その説明は省略する。また、吐出装置500は、ディスペンサーやインクジェット装置など各種公知技術を採用することができる。
 本実施例に係るガスケット材料120Xは、熱硬化性のゴム材料を適用することができる。この場合、硬化工程においては、不図示のヒーターによって、ガスケット材料120Xが塗布されたセパレータ本体110を加熱することにより、ガスケット材料120Xは硬化して、セパレータ本体110に固定される。すなわち、セパレータ本体110に、ガスケット120を一体的に形成することができる。
 上記の通り、本実施例に係るビード111は、短手方向の幅がそれぞれ異なる部位が複数設けられている。そして、吐出工程においては、ビード111における短手方向の幅が異なる各部位で、セパレータ本体110に対する吐出装置500の相対的な移動速度(以下、この相対的な速度を「相対速度」と称する)がそれぞれ異なるようにしている。図5は、ビード111の短手方向の幅が異なる場合において、それぞれ、相対速度と塗布されるガスケット材料120Xの膜厚との関係を示している。グラフW1,W2,W3は、それぞれ、ビード111の短手方向の幅がW1,W2,W3の場合に相当する。
 このグラフから分かるように、ビード111の短手方向の幅に関係なく、相対速度が速いほど、ガスケット材料120Xの膜厚は薄くなる。そして、ビード111の短手方向の幅が広いほど、ガスケット材料120Xの膜厚は薄くなることが分かる。そして、各部位において、所望の膜厚tにするためには、幅W1の部位においては相対速度をV1とし、幅W2の部位においては相対速度をV2とし、幅W3の部位においては相対速度をV3(V1>V2>V3)とすればよいことが分かる。
 以上より、本実施例においては、ビード111の短手方向の幅の狭い直線状部位111aにおける相対速度V1に比べて、直線状部位111aよりもビード111の短手方向の幅の広い幅広部位における相対速度V2,V3の方が遅くなるようにしている。また、第1部位111bにおける相対速度V2よりも、よりビード111の短手方向の幅の広い第2部位111cにおける相対速度V3の方が遅くなるようにしている。こうすることで、直線状部位111a、第1部位111b及び第2部位111cのいずれの部位においても、ガスケット材料120Xの膜厚を一定(所望の膜厚t)にすることができる。これにより、硬化後のガスケット120の膜厚を各部位において、一定にすることができる。
 <本実施例に係るセパレータ一体ガスケットの製造方法の優れた点>
 本実施例に係るセパレータ一体ガスケット100においては、セパレータ本体110におけるビード111の短手方向の幅が、その平面形状が直線状であるか、湾曲状であるか、また、湾曲状の場合には曲率半径に応じて、異なる構成が採用されている。これにより、ビード111の反力を均一化するようにしている。
 そして、本実施例に係るセパレータ一体ガスケット100の製造方法においては、吐出工程において、ビード111の短手方向の幅に応じて、相対速度を変えている。これにより、ビード111の上に形成されるガスケット120の膜厚を均一化することができ、密封性を高めることができる。
 (その他)
 上記実施例においては、ビード111の短手方向の幅が異なる3か所について説明したが、当該幅が2か所、または4か所以上異なる場合にも、同様に、それぞれ相対速度を設定することで、ガスケット120の膜厚を均一化できることは言うまでもない。
 なお、ビード111の短手方向の幅が連続的に変化するように構成される部位においては、相対速度を連続的に変化するようにすればよい。ただし、ビード111の短手方向の幅が連続的に変化するように構成される部位において、相対速度を段階的に変化するようにしても、ある程度、ガスケット120の膜厚を均一化することができる。
 また、上記実施例においては、セパレータ一体ガスケットの製造方法について説明した。しかしながら、本発明のガスケットの製造方法は、金属ガスケットなど、基体(金属ガスケットの場合には金属板)に設けられたビード上にガスケットを形成する各種技術に対して適用可能である。
 10 単セル
 100 セパレータ一体ガスケット
 110 セパレータ本体(基体)
 111 ビード
 111a 直線状部位
 111b 第1部位
 111c 第2部位
 120 ガスケット
 120X ガスケット材料
 200 電解質膜
 300 ガス拡散層
 500 吐出装置

Claims (4)

  1.  ガスケット材料を吐出させる吐出装置を基体に対して相対的に移動させることによって、前記基体に設けられたビードに沿って、ガスケット材料を吐出する工程と、
     前記ビード上に吐出されたガスケット材料を硬化させる工程と、
    を有するガスケットの製造方法であって、
     前記ビードは、短手方向の幅がそれぞれ異なる部位が複数設けられており、各部位で前記基体に対する前記吐出装置の相対的な移動速度がそれぞれ異なっていることを特徴とするガスケットの製造方法。
  2.  前記ビードは、前記短手方向の幅の狭い幅狭部位における前記移動速度に比べて、前記幅狭部位よりも前記幅の広い幅広部位における前記移動速度の方が遅いことを特徴とする請求項1に記載のガスケットの製造方法。
  3.  前記ビードは、平面形状が直線状の部位と湾曲状の部位とを有しており、前記直線状の部位に比べて前記湾曲状の部位の方が、前記幅が広いことを特徴とする請求項1または2に記載のガスケットの製造方法。
  4.  前記湾曲状の部位は曲率半径が異なる部位が設けられており、曲率半径の大きな第1部位における前記幅に比べて、第1部位よりも曲率半径の小さな第2部位における前記幅の方が広いことを特徴とする請求項3に記載のガスケットの製造方法。
     
PCT/JP2021/007724 2020-04-20 2021-03-01 ガスケットの製造方法 WO2021215114A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022516873A JP7194865B2 (ja) 2020-04-20 2021-03-01 ガスケットの製造方法
CN202180008939.0A CN114946056A (zh) 2020-04-20 2021-03-01 密封垫的制造方法
US17/792,784 US20230035997A1 (en) 2020-04-20 2021-03-01 Gasket manufacturing method
EP21791602.2A EP4141295A4 (en) 2020-04-20 2021-03-01 METHOD FOR PRODUCING A SEAL

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020074889 2020-04-20
JP2020-074889 2020-04-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021215114A1 true WO2021215114A1 (ja) 2021-10-28

Family

ID=78270556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/007724 WO2021215114A1 (ja) 2020-04-20 2021-03-01 ガスケットの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230035997A1 (ja)
EP (1) EP4141295A4 (ja)
JP (1) JP7194865B2 (ja)
CN (1) CN114946056A (ja)
WO (1) WO2021215114A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031235A (ja) * 2001-07-11 2003-01-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータのシール材塗布方法
JP2007134234A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータのシール材塗布方法、及びシール材塗布装置
JP2017139218A (ja) 2016-02-02 2017-08-10 本田技研工業株式会社 燃料電池スタックの製造方法及び燃料電池用金属セパレータの製造方法
WO2017212775A1 (ja) * 2016-06-10 2017-12-14 Nok株式会社 ガスケットの製造方法
WO2020121623A1 (ja) * 2018-12-11 2020-06-18 Nok株式会社 メタルビードシール及びその製造方法、燃料電池セルの製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1302996A3 (en) * 2001-10-16 2006-04-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
JP2006228485A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池成形用のシール装置およびシール方法
EP1908999B1 (en) * 2005-07-21 2013-03-13 NOK Corporation Process for producing metallic gasket
CN201623197U (zh) * 2010-03-25 2010-11-03 昆山希盟自动化科技有限公司 在燃料电池双极板上原位成型密封件的加工系统
EP3534045B1 (en) * 2016-10-27 2023-01-25 NOK Corporation Gasket and method for manufacturing same
CN106374129B (zh) * 2016-11-09 2023-11-28 大连融科储能技术发展有限公司 一种液流电池电堆密封结构
JP6958269B2 (ja) * 2017-11-10 2021-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
CN209119223U (zh) * 2018-09-28 2019-07-16 武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司 一种双极板及燃料电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031235A (ja) * 2001-07-11 2003-01-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータのシール材塗布方法
JP2007134234A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータのシール材塗布方法、及びシール材塗布装置
JP2017139218A (ja) 2016-02-02 2017-08-10 本田技研工業株式会社 燃料電池スタックの製造方法及び燃料電池用金属セパレータの製造方法
WO2017212775A1 (ja) * 2016-06-10 2017-12-14 Nok株式会社 ガスケットの製造方法
WO2020121623A1 (ja) * 2018-12-11 2020-06-18 Nok株式会社 メタルビードシール及びその製造方法、燃料電池セルの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4141295A4

Also Published As

Publication number Publication date
JP7194865B2 (ja) 2022-12-22
CN114946056A (zh) 2022-08-26
EP4141295A4 (en) 2024-05-22
US20230035997A1 (en) 2023-02-02
JPWO2021215114A1 (ja) 2021-10-28
EP4141295A1 (en) 2023-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7052151B2 (ja) ガスケット製造方法
JP4066117B2 (ja) 燃料電池用ガスケット
WO2017212775A1 (ja) ガスケットの製造方法
CA2787317A1 (en) Five-layer membrane electrode assembly with attached border and method of making same
JP2021099928A (ja) セパレータの製造方法
JP2005285744A (ja) 複合ガスケットを含む燃料電池スタック用単一セル構造
WO2021215114A1 (ja) ガスケットの製造方法
WO2016013331A1 (ja) プレート一体ガスケットの製造方法
JP4960647B2 (ja) 燃料電池およびセパレータならびにこれらの製造方法
JP7334128B2 (ja) ガスケットの製造方法
JP2020138514A (ja) ガスケットの製造方法
JP6015005B2 (ja) ディスペンサー用ノズル及びこのディスペンサー用ノズルを用いたガスケットの製造方法
US20230080280A1 (en) Multi-Slot Die Coater
JP7254003B2 (ja) ガスケットの製造方法
JP7478557B2 (ja) セパレータ一体ガスケット
JP2022176827A (ja) 燃料電池用の金属セパレータ
WO2017104215A1 (ja) 単セル及びセルスタック
JP7181409B2 (ja) 燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法
US20230085121A1 (en) Multi-Slot Die Coater
JP7344802B2 (ja) 燃料電池のシール構造
JP7111661B2 (ja) 燃料電池用金属セパレータ、接合セパレータ及び発電セル
JP7385668B2 (ja) 燃料電池用セパレータのガスケット製造方法
KR102666187B1 (ko) 듀얼 슬롯 다이 코터
JP2022121879A (ja) ビードシール構造の製造方法及びビードシール構造
EP4159323A1 (en) Dual-slot die coater

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21791602

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022516873

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021791602

Country of ref document: EP

Effective date: 20221121