JP2004360717A

JP2004360717A - ガスケット

Info

Publication number: JP2004360717A
Application number: JP2003156129A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kuroki; 雄一黒木; Keiji Okada; 啓二岡田; Yoshihiro Kurano; 慶宏蔵野; Takeshi Mashita; 岳士真下
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】ガスケットの低反力化の要求に応えることができ、リップに倒れ現象が発生してもシール機能を維持することができ、しかも相手面に微小な凹凸や段差等があってもシール機能を維持することができるガスケットを提供する。
【解決手段】互いに対向する二部材２，８のうちの一方の部材２に取り付けられるとともに他方の部材８に密接するガスケット１であって、一方の部材２に取り付けられる取付部４と他方の部材８に密接するシール部５とを一体成形してなるガスケット１において、シール部５に、両方向シール性を備えるシールリップ６を設け、このシールリップ６の片側または両側に、一方向シール性を備えるシールリップ７を設けることにした。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密封装置の一種であるガスケットに係り、更に詳しくは、燃料電池用ガスケットまたはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）におけるトップカバー用ガスケット等として用いられるのに適したガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、燃料電池においては、その小型化・省スペース化が要求されるなか、その構成部品であるセパレータについても薄肉化が要求されており、特にセパレータがカーボンやカーボン含有樹脂等の脆性材料によって成形される場合には尚更、その破損を防止するために、ガスケットについて低反力化が要求される。
【０００３】
これに対して、従来は、図７に示すように、ガスケットのリップ形状を薄肉化する（リップ５１の厚さを例えば、同図（Ａ）に示すｄ_１から同図（Ｂ）に示すｄ_２へと薄肉化する）ことにより低反力化を実現するのが一般的であるが、この場合にはセル組立時、上下のセパレータ５２，５３によってリップ５１を圧縮したときに、リップ５１に倒れ現象が発生し、これを原因として密封流体が漏洩する虞がある（リップ５１が密封流体側（矢印ｘ方向）へ倒れれば密封流体圧力によりセパレータ５２に押し付けられるために或る程度のシール機能を確保することができるが、反対の大気側（矢印ｙ方向）へ倒れるとシール機能を維持することができない、そして上記従来技術では、リップが方向性を持たない断面山形のビード状に成形されているため、倒れる方向を予め特定することができない）。
【０００４】
また、リップ５１が密接する相手面であるセパレータ５２の表面には、以下の事情により、数μｍないし数十μｍの大きさの凹凸や段差等が形成されることがある。
▲１▼ 高充填カーボンセパレータでは、カーボン粒子の凝集粒界によって、表面の平滑性が損なわれ易い。
▲２▼ 射出成形で得られるカーボン系セパレータでは、ウエルドの形成によって、表面の平滑性が損なわれ易い。すなわち、導電性粒子を高充填した組成物の型成形において、特に導電性粒子に炭素繊維のような流動により配向し易い粒子が配合されている場合には、流れの先端部、流れ方向が変化している部分、流れが合流する部分において凹凸が形成され易い。
▲３▼ 成形型による成形では、パーティングラインによる段差が形成され易い。
▲４▼ ペレット成形では、ペレット痕による凹凸が形成され易い。
▲５▼ 機械加工では、ツールマークによる段差が形成され易い。
▲６▼ ハンドリングによって傷痕が形成されることがある。
▲７▼ カーボン系セパレータでは、反りやうねりが生じ易い。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−０４９９４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、低反力化の要求に応えることができ、リップに倒れ現象が発生してもシール機能を維持することができ、しかも相手面に微小な凹凸や段差等があってもシール機能を維持することができるガスケットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のガスケットは、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に取り付けられるとともに他方の部材に密接するガスケットであって、前記一方の部材に取り付けられる取付部と前記他方の部材に密接するシール部とを一体成形してなるガスケットにおいて、前記シール部に、両方向シール性を備えるシールリップを設け、前記シールリップの片側または両側に、一方向シール性を備えるシールリップを設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記構成を備えた本発明のガスケットにおいては、両方向シール性を備えるシールリップの密封流体側に一方向シール性を備えるシールリップが密封流体に向けて配置され、後者を一次シール、前者を二次シールとする複数段のシール構造が形成される。したがって、二次シールを構成する両方向シール性を備えるシールリップ（以下、二次リップとも称する）を薄肉化することによりそのシール性能が若干低下することがあってもその低下分を、一次シールを構成する一方向シール性を備えるシールリップ（以下、一次リップとも称する）が補完するためにトータル的に密封流体に対するシール機能を維持することが可能となる。
【０００９】
また、上記により、二次リップはその薄肉化が許容されるため、組立後における反力を低下させることができる。また、一次リップは一方向性シール性を備えるものであって、例えば取付部から斜め方向に向けて一体成形されており、組立時、二部材によって挟まれると倒れ込むように弾性変形する。したがって上記従来のビード状リップがスクイーズ状に圧縮変形するのみであったのに対して、弾性変形し易く、よってこの二次リップは組立後における反力の低いものである。したがって、一次リップおよび二次リップとも反力が低いため、トータル的にガスケットの低反力化を実現することが可能となる。
【００１０】
また、上記により、二次リップの低反力化が実現されるため、相手面に微小な凹凸や段差等があっても、二次リップがこれらに追随して相手面に密接する。したがって、これらの凹凸や段差等を原因とする密封流体の漏洩を抑えることが可能となる。
【００１１】
尚、本件出願には、以下の実施形態が含まれる。
【００１２】
（Ａ）燃料電池用セルシールに用いるガスケットでセパレータや電解質膜等の取付部材と一体化するガスケットにおいて、リップ先端を鋭角（先鋭）とし、リップの片側もしくは両側にリップを支える目的の圧力保持リップを配置したことを特徴とするガスケット。このようにリップ先端を鋭角（先鋭）とすることで、リップ体積が小さくなり変形し易くなることから低反力が実現され、かつ相手面の凹凸や段差等に追随し易くなり、リークが軽減できる。また、内圧やセット時でのリップの潰しによる倒れに対して、片側もしくは両側の保持リップにより倒れが防止され、かつ常に適正な面圧を得ることが可能となる。
【００１３】
（Ｂ）上記（Ａ）項の圧力保持リップが片側のみの場合において、圧力保持リップ配置側がその反対側より鈍角となるようにリップ形状の頂角を設定したことを特徴とするガスケット。
【００１４】
（Ｃ）上記（Ａ）または（Ｂ）項の圧力保持リップを、リップ先端頂角の体積を増やさずにリップの片側もしくは両側に配置したことを特徴とするガスケット。
【００１５】
（Ｄ）通常のセルシールには概略６０〜９０度のリップ頂角が使用される。これはセットされた場合、逃げが小さく反力が高くなるが、差圧発生時にリップ倒れを発生させないための設計形状となる。反力を下げるためには、リップ部の体積を低下させながら、セパレータ段差を吸収するには、リップ先端を先鋭にし変形し易く設計する必要がある。しかしながら、片側もしくは両側より、０．３〜０．５ＰＭａの差圧が発生し、リップの倒れもしくは吹き抜け現象が発生することから、リップの片側もしくは両側にリップを支える目的の圧力保持リップを配置することで、リップ頂角を３０〜６０度と先鋭にすることが可能となり、そのためリップが変形し易くなることからセパレータ段差を吸収することが可能となり、倒れのない低反力を実現したセルシールとなる。
【００１６】
（Ｅ）ガスケットの低反力化はリップ部の体積で決定されるが、リップ部の先端頂角を小さくすると内圧や取付時に倒れ易くなるため、内圧を受ける保持リップを設ける構造とした。また、土台の固定リップは先端頂角を小さくすることにより低反力とし、内圧に対する対応は倒れのあるリップが受ける構造とした。
【００１７】
（Ｆ）ガスケットとセパレータは、溝への充填、接着または含浸等で一体化されるが、ゴム単体とプレートとを組み立てるようにしても良い。
【００１８】
（Ｇ）中心部に一体成形する場合においては、接着性のゴム材料と樹脂フィルムとで一体化を図る、またはガス拡散層にゴムを含浸して一体化を図るなどの方法が考えられる。この場合、樹脂フィルムとしては、ＰＥＴ、ＰＥＮまたはＰＩ等が利用される。
【００１９】
（Ｈ）ガスケット材料は特に限定されないが、シリコーンゴム、フッ素ゴムまたはＥＰＤＭ等が好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００２１】
第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係るガスケット１の断面を示しており、また図２は同ガスケット１の組付後（スタック組立後）の状態の断面を示している。当該ガスケット１は燃料電池用ガスケットとして用いられ、図上右側の空間に存在する水素、酸素または冷却水等の密封流体（図示せず）が図上左側の空間へ漏洩するのを防止するものであって、以下のように構成されている。
【００２２】
すなわち先ず、当該ガスケット１を取り付ける取付部材（請求項１における一方の部材）としての一のセパレータ２が設けられており、このセパレータ２の一面２ａに当該ガスケット１が一体成形、接着剤による接着、加硫接着または嵌着等の取付手段によって取り付けられている。
【００２３】
ガスケット１は、所定のゴム状弾性体により成形されて、セパレータ２の一面２ａに設けた取付溝３内に配置された比較的幅広の取付部４と、この取付部４に一体成形されたシール部５とを一体に有しており、このシール部５に、両方向シール性を備えるシールリップ６と、一方向シール性を備えるシールリップ７とが設けられている。後者の一方向シール性を備えるシールリップ７は前者の両方向シール性を備えるシールリップ６の片側に配置され、かつ密封流体側（図上右側）に配置されるので、以下、後者の一方向シール性を備えるシールリップ７を一次リップ、前者の両方向シール性を備えるシールリップ６を二次リップとも称する。
【００２４】
二次リップ６は、ビード状を呈して両方向シール性を発揮するよう形成されており、またその先端部６ａにおいて接触の相手方（請求項１における他方の部材）である他のセパレータ８の相手シール面８ａに押し付けられるように形成されている。また、この二次リップ６のリップ先端角度θは３０〜６０度と比較的小さく形成されており、これによりその薄肉化および低反力化が実現されている。
【００２５】
一方、一次リップ７は、密封流体側へ倒れ込んだ図上左右非対称の形状を呈して一方向シール性を発揮するよう形成されており、またその内面７ａにおいて密封流体の圧力を受けてその外面７ｂにおいて他のセパレータ８の相手シール面８ａに押し付けられるように形成されている。また、この一次リップ７の外面７ｂには、断面略三角形状を呈するリブ（微小リップとも称する）９が設けられている。
【００２６】
上記構成のガスケット１においては、二次リップ６の密封流体側に一次リップ７が設けられて複数段（二段）のシール構造が形成されているために、上記したように二次リップ６を薄肉化することにより倒れ等が発生してシール性能が若干低下することがあっても、その低下分を一次リップ７が補完することが可能とされている（密封流体圧力を一次リップ７が受け、また密封流体を一次リップ７が一次的にシールするために、二次リップ６は予備的なものとされている。したがって少々のシール性低下が許容される）。したがって、ガスケット１全体としてはトータル的に密封流体に対するシール機能を維持することができる。
【００２７】
また、上記したように二次リップ６は薄肉化されているために、組立後の反力が小さく設定されている。また、一次リップ７は一方向シール性を備えて取付部４から斜め方向に向けて一体成形されているために、図２に示したようにセル組立時、上下のセパレータ２，８によって挟まれて倒れ込むように弾性変形する。したがって従来のビード状リップが圧縮変形するのみであったのに対して弾性変形し易いために、組立後の反力が小さく設定されている。したがって、一次リップ７および二次リップ６とも反力が低く設定されているために、ガスケット１全体としてもトータル的に低反力化が実現されている。
【００２８】
また、上記したように低反力化された二次リップ６は、相手シール面８ａに微小な凹凸や段差等（図示せず）があっても、これらに追随して相手シール面８ａに密接することが可能とされている。したがって、これらの凹凸や段差等を原因として密封流体が漏洩するのを抑えることができる。
【００２９】
また、この微小な凹凸や段差等に対しては、一次リップ７の外面７ｂに設けられたリブ９もこれらに追随して相手シール面８ａに密接することが可能とされている。したがって、このリブ９によってもこれらの凹凸や段差等を原因とする密封流体の漏洩を抑えることができる。
【００３０】
第二実施例・・・
図３は、本発明の第二実施例に係るガスケット１の断面を示しており、また図４は同ガスケット１の組付後（スタック組立後）の状態の断面を示している。当該ガスケット１は燃料電池用ガスケットとして用いられ、図上右側の空間に存在する水素、酸素または冷却水等の密封流体（図示せず）が図上左側の空間へ漏洩するのを防止するとともに、図上左側の空間に存在する他の密封流体（図示せず）が図上右側の空間へ漏洩するのを防止するものであって、以下のように構成されている。
【００３１】
すなわち先ず、当該ガスケット１を取り付ける取付部材（請求項１における一方の部材）としての一のセパレータ２が設けられており、このセパレータ２の一面２ａに当該ガスケット１が一体成形、接着剤による接着、加硫接着または嵌着等の取付手段によって取り付けられている。
【００３２】
ガスケット１は、所定のゴム状弾性体により成形されて、セパレータ２の一面２ａに設けた取付溝３内に配置された比較的幅広の取付部４と、この取付部４に一体成形されたシール部５とを一体に有しており、このシール部５に、両方向シール性を備えるシールリップ６と、一方向シール性を備える図上左右一対のシールリップ７とが設けられている。後者の一方向シール性を備えるシールリップ７は前者の両方向シール性を備えるシールリップ６の両側に配置され、かつ各密封流体側に配置されるので、以下、後者の一方向シール性を備えるシールリップ７を一次リップ、前者の両方向シール性を備えるシールリップ６を二次リップとも称する。
【００３３】
二次リップ６は、ビード状を呈して両方向シール性を発揮するよう形成されており、またその先端部６ａにおいて接触の相手方（請求項１における他方の部材）である他のセパレータ８の相手シール面８ａに押し付けられるように形成されている。また、この二次リップ６のリップ先端角度θは３０〜６０度と比較的小さく形成されており、これによりその薄肉化および低反力化が実現されている。
【００３４】
一方、一次リップ７はそれぞれ、密封流体側へ倒れ込んだ図上左右非対称の形状を呈して一方向シール性を発揮するよう形成されており、その内面７ａにおいて密封流体の圧力を受けてその外面７ｂにおいて他のセパレータ８の相手シール面８ａに押し付けられるように形成されている。また、この一次リップ７の外面７ｂには、断面略三角形状を呈するリブ（微小リップとも称する）９が設けられている。
【００３５】
上記構成のガスケット１においては、各密封流体に対して、二次リップ６の密封流体側に一次リップ７が設けられて複数段（二段）のシール構造が形成されているために、上記したように二次リップ６を薄肉化することにより倒れ等が発生してシール性能が若干低下することがあっても、その低下分を一次リップ７が補完することが可能とされている（密封流体圧力を一次リップ７が受け、また密封流体を一次リップ７が一次的にシールするために、二次リップ６は予備的なものとされている。したがって少々のシール性低下が許容される）。したがって、ガスケット１全体としてはトータル的に密封流体に対するシール機能を維持することができる。
【００３６】
また、上記したように二次リップ６は薄肉化されているために、組立後の反力が小さく設定されている。また、一次リップ７はそれぞれ一方向シール性を備えて取付部４から斜め方向に向けて一体成形されているために、図４に示したようにセル組立時、上下のセパレータ２，８によって挟まれて倒れ込むように弾性変形する。したがって従来のビード状リップが圧縮変形するのみであったのに対して弾性変形し易いため、組立後の反力が小さく設定されている。したがって、一次リップ７および二次リップ６とも反力が低く設定されているために、ガスケット１全体としてもトータル的に低反力化が実現されている。
【００３７】
また、上記したように低反力化された二次リップ６は、相手シール面８ａに微小な凹凸や段差等（図示せず）があっても、これらに追随して相手シール面８ａに密接することが可能とされている。したがって、これらの凹凸や段差等を原因として密封流体が漏洩するのを抑えることができる。
【００３８】
また、この微小な凹凸や段差等に対しては、一次リップ７の外面７ｂに設けられたリブ９もこれらに追随して相手シール面８ａに密接することが可能とされている。したがって、このリブ９によってもこれらの凹凸や段差等を原因とする密封流体の漏洩を抑えることができる。
【００３９】
第三実施例・・・
図５は、本発明の第三実施例に係るガスケット１の断面を示しており、また図６は同ガスケット１の組付後（スタック組立後）の状態の断面を示している。当該ガスケット１は燃料電池用ガスケットとして用いられ、図上右側の空間に存在する水素、酸素または冷却水等の密封流体（図示せず）が図上左側の空間へ漏洩するのを防止するものであって、以下のように構成されている。
【００４０】
すなわち先ず、当該ガスケット１を取り付ける取付部材（請求項１における一方の部材）としての高分子電解質膜電極複合体１０が設けられており、この複合体１０の端部１０ａに当該ガスケット１が一体成形、接着剤による接着、加硫接着または嵌着等の取付手段によって取り付けられている。
【００４１】
ガスケット１は、所定のゴム状弾性体により成形されて、複合体１０の端部１０ａに固定された取付部４と、この取付部４に一体成形されたシール部５とを一体に有しており、このシール部５に、両方向シール性を備える図上上下一対のシールリップ６と、同じく図上上下一対の一方向シール性を備えるシールリップ７とが設けられている。後者の一方向シール性を備えるシールリップ７は前者の両方向シール性を備えるシールリップ６の片側に配置され、かつ密封流体側（図上右側）に配置されるので、以下、後者の一方向シール性を備えるシールリップ７を一次リップ、前者の両方向シール性を備えるシールリップ６を二次リップとも称する。
【００４２】
二次リップ６はそれぞれ、ビード状を呈して両方向シール機能を発揮するように形成されており、またその先端部６ａにおいて接触の相手方（請求項１における他方の部材）である上下一対のセパレータ８の相手シール面８ａに押し付けられるように形成されている。また、この二次リップ６のリップ先端角度θは３０〜６０度と比較的小さく形成されており、これによりその薄肉化および低反力化が実現されている。また、この二次リップ６の一次シール側斜面６ｂは反対側斜面６ｃよりも複合体１０に対する傾斜角度が小さく形成されている。
【００４３】
一方、一次リップ７はそれぞれ、密封流体側へ倒れ込んだ図上左右非対称の形状を呈して一方向シール機能を発揮するように形成されており、またその内面７ａにおいて密封流体の圧力を受けてその外面７ｂにおいてセパレータ８の相手シール面８ａに押し付けられるように形成されている。また、この一次リップ７の外面７ｂには、断面略三角形状を呈するリブ（微小リップとも称する）９が設けられている。
【００４４】
上記構成のガスケット１においては、二次リップ６の密封流体側にそれぞれ一次リップ７が設けられて、上下それぞれにおいて複数段（二段）のシール構造が形成されているために、上記したように二次リップ６を薄肉化することにより倒れ等が発生してシール性能が若干低下することがあっても、低下分を一次リップ７が補完することが可能とされている（密封流体圧力を一次リップ７が受け、また密封流体を一次リップ７が一次的にシールするために、二次リップ６は予備的なものとされている。したがって少々のシール性低下が許容される）。したがって、ガスケット１全体としてはトータル的に密封流体に対するシール機能を維持することができる。
【００４５】
また、上記したように二次リップ６はそれぞれ薄肉化されているために、組立後の反力が小さく設定されている。また、一次リップ７はそれぞれ一方向シール性を備えて取付部４から斜め方向に向けて一体成形されているために、図６に示したようにセル組立時、上下のセパレータ８によって挟まれて倒れ込むように弾性変形する。したがって従来のビード状リップが圧縮変形するのみであったのに対して弾性変形し易いために、組立後の反力が小さく設定されている。したがって、一次リップ７および二次リップ６とも反力が低く設定されているために、ガスケット１全体としてもトータル的に低反力化が実現されている。
【００４６】
また、上記したように低反力化された二次リップ６はそれぞれ、相手シール面８ａに微小な凹凸や段差等（図示せず）があっても、これらに追随して相手シール面８ａに密接することが可能とされている。したがって、これらの凹凸や段差等を原因とする密封流体の漏洩を抑えることができる。
【００４７】
また、この微小な凹凸や段差等に対しては、一次リップ７の外面７ｂに設けられたリブ９もこれらに追随して相手シール面８ａに密接することが可能とされている。したがって、このリブ９によってもこれらの凹凸や段差等を原因とする密封流体の漏洩を抑えることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４９】
すなわち、上記構成を備えた本発明のガスケットによれば、両方向シール性を備えるシールリップ（二次リップ）の密封流体側に一方向シール性を備えるシールリップ（一次リップ）が密封流体に向けて配置され、後者を一次シール、前者を二次シールとする複数段のシール構造が形成される。したがって、二次リップを薄肉化することによりそのシール性能が若干低下することがあっても、その低下分を一次リップが補完することができるために、トータル的に密封流体に対するシール機能を維持することができる。
【００５０】
また、二次リップはその薄肉化が許容されるために、組立後における反力を低下させることができる。また、一次リップは一方向性シール性を備えるものであって、例えば取付部から斜め方向に向けて一体成形されており、組立時、二部材によって挟まれると倒れ込むように弾性変形する。したがって従来のビード状リップが圧縮変形するのみであったのに対して弾性変形し易く、よってこの二次リップは組立後における反力の低いものである。したがって、一次リップおよび二次リップとも反力が低いために、トータル的にガスケットの低反力化を実現することができる。
【００５１】
また、二次リップの低反力化が実現されるために、相手面に微小な凹凸や段差等があっても、二次リップがこれらに追随して相手面に密接する。したがって、これらの凹凸や段差等を原因とする密封流体の漏洩を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係るガスケットの断面図
【図２】同ガスケットの組付後の状態を示す断面図
【図３】本発明の第二実施例に係るガスケットの断面図
【図４】同ガスケットの組付後の状態を示す断面図
【図５】本発明の第三実施例に係るガスケットの断面図
【図６】同ガスケットの組付後の状態を示す断面図
【図７】従来例に係るガスケットの断面図
【符号の説明】
１ガスケット
２セパレータ（一方の部材）
３装着溝
４取付部
５シール部
６，７シールリップ
６ａ先端部
６ｂ一次リップ側斜面
６ｃ反対側斜面
７ａ内面
７ｂ外面
８セパレータ（他方の部材）
９リブ
１０高分子電解質膜電極複合体（一方の部材）

Claims

互いに対向する二部材（２）（８）のうちの一方の部材（２）に取り付けられるとともに他方の部材（８）に密接するガスケット（１）であって、前記一方の部材（２）に取り付けられる取付部（４）と前記他方の部材（８）に密接するシール部（５）とを一体成形してなるガスケット（１）において、
前記シール部（５）に、両方向シール性を備えるシールリップ（６）を設け、
前記シールリップ（６）の片側または両側に、一方向シール性を備えるシールリップ（７）を設けたことを特徴とするガスケット。