JP2005016703A - Gasket - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a gasket which is a kind of sealing device, and more particularly to a gasket suitable for use as a fuel cell gasket or a top cover gasket in a hard disk drive (HDD).
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。 For example, in a fuel cell, miniaturization and space saving are required, and the separator that is a component of the fuel cell is also required to be thin. In particular, the separator is formed of a brittle material such as carbon or a carbon-containing resin. In order to prevent the damage, the gasket is required to have a low reaction force.
これに対して従来は、図5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d1から同図(B)に示すd2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に倒れ現象が発生する問題がある(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53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51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)。
Conventionally contrast, as shown in FIG. 5, d 2 indicating the thickness of the lip shape of the gasket is thin (the
また、リップ51が密接する相手面であるセパレータ53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。
In addition, irregularities or steps having a size of several μm to several tens of μm may be formed on the surface of the
(1) In a highly filled carbon separator, the smoothness of the surface tends to be impaired by the agglomeration boundary of carbon particles.
(2) In the carbon-based separator obtained by injection molding, the smoothness of the surface is easily impaired by the formation of welds. That is, in the molding of a composition highly filled with conductive particles, particularly when conductive particles such as carbon fibers that are easily oriented by flow are blended, the flow tip and flow direction change. Concavities and convexities are likely to be formed in the portions where the flow and the flow merge.
(3) In molding with a mold, a step due to a parting line is easily formed.
(4) In pellet molding, irregularities due to pellet marks are easily formed.
(5) In machining, a step due to a tool mark is easily formed.
(6) A scar may be formed by handling.
(7) In the carbon-based separator, warpage and undulation are likely to occur.
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するのを防止することができ、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。 In view of the above points, the present invention can meet the demand for low reaction force, can prevent the lip from falling down, and there is a minute unevenness or step on the mating surface. Another object of the present invention is to provide a gasket that can maintain the sealing function.
上記目的を達成するため、本発明の請求項1によるガスケットは、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、前記シールリップは、低反力化のために潰し容積が小さい形状を有し、前記取付部は、前記シールリップの倒れ防止のために高さ寸法が大きく、かつ前記二部材を組み付けたときに前記他方の部材が前記シールリップを押し潰して前記取付部の直前で停止する形状を有することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a gasket according to
また、本発明の請求項2によるガスケットは、上記した請求項1のガスケットにおいて、シールリップは、リップ先端Rが0.1〜0.4mm、リップ頂角が0〜60°、リップ高さ寸法が0.1〜1mmの大きさに形成されていることを特徴とするものである。
The gasket according to
また、本発明の請求項3によるガスケットは、上記した請求項1のガスケットにおいて、取付部は、その高さ寸法が組立状態における二部材間の間隔寸法の70〜90%の大きさに形成されていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the gasket according to the first aspect, the height of the mounting portion is 70 to 90% of the distance between the two members in the assembled state. It is characterized by that.
上記構成を備えた本発明の請求項1によるガスケットにおいては、シールリップの潰し容積が小さく形成されることにより低反力化が実現され、取付部の高さ寸法が大きく、かつ二部材を組み付けたときに他方の部材がシールリップを押し潰して取付部の直前で停止するよう形成されることによりシールリップの倒れが防止される。前者は、潰し容積と反力とが相関関係にあることを利用して、潰し容積を小さく設定することにより低反力化を実現する。後者は、取付部を可及的に大きくするとともにシールリップを可及的に小さくして、シールリップが倒れることができない程度にシールリップの高さ寸法を短くする。 In the gasket according to the first aspect of the present invention having the above-described configuration, a reduction in reaction force is realized by forming the crushing volume of the seal lip small, the height of the mounting portion is large, and two members are assembled. When the other member is formed so as to crush the seal lip and stop immediately before the mounting portion, the seal lip is prevented from falling. The former realizes a low reaction force by setting the crushing volume small by utilizing the fact that the crushing volume and the reaction force are correlated. The latter enlarges the mounting portion as much as possible and makes the seal lip as small as possible to shorten the height of the seal lip to such an extent that the seal lip cannot fall down.
また、上記により、シール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、シールリップがこれらに追随して相手面に密接することにより、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。 In addition, since the reaction force of the seal lip is reduced by the above, even if there is a minute unevenness or step on the mating surface, the seal lip follows these and comes into close contact with the mating surface. It is possible to suppress leakage of the sealing fluid caused by unevenness or level difference.
シールリップの潰し容積が小さい目安(値)としては、リップ先端R(円弧状断面の半径寸法)が0.1〜0.4mm、リップ頂角が0〜60°、リップ高さ寸法が0.1〜1mmの大きさであるのが好適であり(請求項2)、また取付部の高さ寸法が大きい目安(値)としては、この高さ寸法が組立状態における二部材間の間隔寸法の70〜90%の大きさであるのが好適である(請求項3)。 As a guideline (value) for the crushing volume of the seal lip, the lip tip R (radial dimension of the arc-shaped cross section) is 0.1 to 0.4 mm, the lip apex angle is 0 to 60 °, and the lip height dimension is 0. A size of 1 to 1 mm is preferable (Claim 2), and as a guideline (value) for a large height of the mounting portion, this height is the distance between two members in the assembled state. It is preferable that the size is 70 to 90%.
本発明は、以下の効果を奏する。 The present invention has the following effects.
すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項1ないし3によるガスケットによれば、シールリップの潰し容積が小さい形状に形成されているために、低反力化を実現することができ、また、取付部の高さ寸法が大きく、かつ二部材を組み付けたときに他方の部材がシールリップを押し潰して取付部の直前で停止する形状に形成されているために、シールリップに倒れ現象が発生するのを防止することができる。
That is, according to the gasket according to
また、上記したようにシール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、シールリップがこれらに追随して相手面に密接することにより、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。 In addition, since the low reaction force of the seal lip is realized as described above, even if there are minute irregularities or steps on the mating surface, the seal lip follows these and closely contacts the mating surface, It is possible to prevent the sealing fluid from leaking due to these irregularities and steps.
したがって、これらのことから所期の目的どおり、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するのを防止することができ、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ができる。 Therefore, according to the intended purpose, it is possible to meet the demand for low reaction force, prevent the lip from collapsing, and there are minute irregularities and steps on the mating surface. Even if it exists, the gasket which can maintain a sealing function can be provided.
(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、リップ先端を小さく(リップ先端R:0.1〜0.4mm、一層好ましくは0.1〜0.3mm、取付部(土台)からのリップ高さ:0.1〜1mm、一層好ましくは0.2〜0.7mm)して、取付部を大きくした形状とし、リップのみ相手面と接触する形状とする。 (A) In a gasket used for a fuel cell cell seal and integrated with a mounting member such as a separator or an electrolyte membrane, the lip tip is small (lip tip R: 0.1 to 0.4 mm, more preferably 0.1 to 0.1 mm). 0.3 mm, lip height from the mounting part (base): 0.1 to 1 mm, more preferably 0.2 to 0.7 mm), the mounting part is made larger, and only the lip contacts the mating surface Shape.
(B)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、低反力化のためにリップ先端を小さくし、かつヘタリや倒れ防止のために取付部を大きくする。この際、セット時に取付部が相手面に接触しないようにすることで、反力が大きくなるのを防ぐようにしたことを特徴とする。 (B) In a gasket that is integrated with a mounting member such as a separator or an electrolyte membrane, the tip of the lip is made small to reduce the reaction force, and the mounting portion is made large to prevent settling and falling. At this time, it is characterized in that an increase in reaction force is prevented by preventing the attachment portion from contacting the mating surface at the time of setting.
(C)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。また、燃料電池セルシールは、省スペース化のために充填率が例えば80%と高充填率で設計される場合が多く、接触幅が大きくなることから、相手面に形成される凹凸や段差等は吸収しにくく、反力が高くなる。そこで、取付部に対してリップ頂角を小さく(リップ頂角:0〜60°、一層好ましくは15〜45°)設計し、変形状態でもリップのみ接触することで低反力とし、凹凸や段差等への追随性を向上したことを特徴とする。そのため、リップが変形し易くなることから凹凸や段差等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。 (C) A lip apex angle of approximately 60 to 90 degrees is used for a normal cell seal. When this is set, the relief is small and the reaction force is high, but the design shape is to prevent lip collapse when a differential pressure is generated. In order to reduce the reaction force, in order to absorb the separator step while reducing the volume of the lip portion, it is necessary to design the lip tip to be sharp and easy to deform. In addition, the fuel cell seal is often designed with a high filling rate of, for example, 80% in order to save space, and since the contact width becomes large, unevenness and steps formed on the mating surface are not It is difficult to absorb and the reaction force increases. Therefore, the lip apex angle is designed to be small with respect to the mounting part (lip apex angle: 0 to 60 °, more preferably 15 to 45 °). It is characterized by improving the follow-up ability. Therefore, since the lip is easily deformed, it is possible to absorb irregularities, steps, and the like, and a cell seal that realizes a low reaction force without falling down.
(D)リップ先端を小さくすることで、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、かつ凹凸や段差等にも追随し易くなることからリークが軽減できる。 (D) By reducing the tip of the lip, the lip volume is reduced and it is easy to deform. Therefore, a low reaction force is realized, and it is easy to follow irregularities and steps, so that leakage can be reduced.
(E)リップ先端が小さくても取付部が大きいことから、内圧やセット時でのリップの潰しによる倒れが防止され、かつヘタリに対しても潰し量を確保し易くなる。 (E) Since the mounting portion is large even if the tip of the lip is small, it is possible to prevent the lip from collapsing due to internal pressure or smashing at the time of setting, and it is easy to ensure the amount of crushing against sag.
(F)低反力のための先端頂角が小さくかつ潰し容積の小さいリップに、倒れ防止のために取付部を高くして、かつ取付部の肩が閉めこんだ時の相手材に当たらないようにすることで、反力が立つのを防ぐようにする。内圧で倒れが生じる可能性があるが、設計的に肩が当たらない程度でリップを最大限つぶすことで回避できる。 (F) A lip with a small tip apex angle due to low reaction force and a small crushing volume, a mounting part is raised to prevent falling, and the shoulder of the mounting part does not hit the mating material By doing so, try to prevent the reaction force from standing. Although there is a possibility that the internal pressure will fall, it can be avoided by maximally crushing the lip to the extent that the shoulder does not hit the design.
(G)リップ先端頂角を小さくしたリップの高さを、取付部高さの0.2〜3倍、好ましくは0.5〜2倍とする。 (G) The height of the lip having a reduced lip tip apex angle is set to 0.2 to 3 times, preferably 0.5 to 2 times the height of the mounting portion.
(H)取付部を高くする。閉めこんでセットした最小寸法における70〜90%程度になるように取付部の高さを設定する。 (H) Raise the mounting part. The height of the mounting portion is set so as to be about 70 to 90% of the minimum dimension set by closing.
(I)本形状の効果としては、潰しに対して初期は低反力で作用し、リップが潰れて取付部にシール面が接すると急激に反力が立つ。このため、セパレータの組み込みを締め付け力を基準に行なうことができ、これにより全体のシール面圧のバラツキを小さくできる。 (I) As an effect of this shape, it acts with a low reaction force at the initial stage against crushing, and when the lip is crushed and the seal surface comes into contact with the mounting portion, a reaction force is rapidly established. For this reason, it is possible to incorporate the separator with reference to the tightening force, thereby reducing variations in the overall seal surface pressure.
(J)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。 (J) The gasket and the separator are integrated by filling, adhering or impregnating the groove, but the rubber alone and the plate may be assembled.
(K)ガスケットを電解質膜またはこれに多孔質電極を担持したMEA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。 (K) In the case where the gasket is integrally formed with the electrolyte membrane or the MEA carrying the porous electrode on the electrolyte membrane, the adhesive rubber material and the resin film are integrated, or the gas diffusion layer is impregnated with rubber. A method such as integration is conceivable. In this case, PET, PEN, PI, or the like is used as the resin film.
(L)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。また、ガスケットの硬度はHs80以下、一層好ましくは40〜60が好適である。 (L) The gasket material is not particularly limited, but silicone rubber, fluororubber, EPDM or the like is suitable. The hardness of the gasket is preferably Hs80 or less, more preferably 40 to 60.
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の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るものであって、以下のように構成されている。
FIG. 1 shows a cross section of a
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。
That is, first, one
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に比較的幅狭のシールリップ6が設けられている。
The
シールリップ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)である他のセパレータ7の相手シール面7aに押し付けられるように形成されている。
The
また、このシールリップ6は、低反力化を実現すべく、その潰し容積(体積)が比較的小さい形状に形成されており、具体的には、リップ先端Rが0.1〜0.4mm、一層好ましくは0.1〜0.3mm、リップ頂角θが0〜60°、一層好ましくは15〜45°、取付部4からのリップ高さ寸法h1が0.1〜1.0mm、一層好ましくは0.2〜0.7mmの大きさの断面舌片状に形成されている。
Further, the
また、上記取付部4は、シールリップ6の倒れを防止すべく、その高さ寸法h2が比較的大きい形状に形成され、かつ図2に示すように、両セパレータ2,7を互いに組み付けたときに相手方のセパレータ7がシールリップ6を押し潰して取付部4の直前で停止する形状に形成されている。取付部4の高さ寸法h2が比較的大きい目安(値)としては、この取付部4の高さ寸法h2を組立状態における両セパレータ2,7間の間隔寸法Cの70〜90%の大きさとすることが挙げられる。また、シールリップ6の高さ寸法h1は取付部4の高さ寸法(セパレータ一面2aからの高さ寸法)h2の0.2〜3.0倍、一層好ましくは0.5〜2.0倍の大きさに形成されている。
Further, the mounting
尚、この取付部4は、その幅寸法を特に限定されるものではない。また、取付部4は、図3に示すように2段構造であっても良く、この図3では、取付部4の上面においてシールリップ6の両側にそれぞれ段差部4aが設けられ、この段差部4aのシールリップ6側に、高さ位置の比較的高い平面部4bが形成されるとともに、取付部4の幅方向端部側に、高さ位置の比較的低い平面部4cが形成されている。
In addition, this
上記構成のガスケット1においては、上記したようにシールリップ6の潰し容積が比較的小さい形状に形成されているため、図4のグラフ図に示すように、従来例と比較して低反力化が実現されている。
In the
また、取付部4の高さ寸法h2が比較的大きく、かつ両セパレータ2,7を互いに組み付けたときに相手方のセパレータ7がシールリップ6を押し潰して取付部4の直前で停止する形状に形成されているために、シールリップ6に倒れ現象が発生するのを防止することができる。
Further, the height h 2 of the mounting
また、上記したようにシールリップ6の低反力化が実現されるために、相手シール面7aに微小な凹凸や段差等(図示せず)があっても、シールリップ6がこれらに追随して相手シール面7aに密接することにより、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。
Further, as described above, since the reaction force of the
したがって、これらのことから所期の目的どおり、低反力化の要求に応えることができ、シールリップ6に倒れ現象が発生するのを防止することができ、しかも相手シール面7a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1を提供することができる。
Therefore, according to the intended purpose, it is possible to meet the demand for low reaction force, to prevent the
本発明のガスケットは、上記実施例で説明したように燃料電池用ガスケットとして有効に利用されるが、そのほか冒述したようにHDDトップカバー用ガスケット等としても有効に利用される。 Although the gasket of the present invention is effectively used as a fuel cell gasket as described in the above embodiment, it is also effectively used as an HDD top cover gasket as described above.
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
4a 段差部
4b,4c 平面部
5 シール部
6 シールリップ
6a 先端部
7 セパレータ(他方の部材)
1
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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)は、低反力化のために潰し容積が小さい形状を有し、
前記取付部(4)は、前記シールリップ(6)の倒れ防止のために高さ寸法(h2)が大きく、かつ前記二部材(2)(7)を組み付けたときに前記他方の部材(7)が前記シールリップ(6)を押し潰して前記取付部(4)の直前で停止する形状を有することを特徴とするガスケット。 A gasket (1) that is attached to one member (2) of the two members (2) and (7) facing each other and is in close contact with the other member (7), and attached to the one member (2) In the gasket (1) formed by integrally molding the mounting portion (4) and the seal portion (5) in close contact with the other member (7),
The seal portion (5) is provided with a seal lip (6) having bi-directional sealing properties,
The seal lip (6) has a shape with a small crushing volume for low reaction force,
The mounting portion (4) has a large height dimension (h 2 ) to prevent the seal lip (6) from collapsing, and when the two members (2) (7) are assembled, the other member ( 7) A gasket characterized by having a shape that crushes the seal lip (6) and stops immediately before the mounting portion (4).
シールリップ(6)は、リップ先端Rが0.1〜0.4mm、リップ頂角(θ)が0〜60°、リップ高さ寸法(h1)が0.1〜1mmの大きさに形成されていることを特徴とするガスケット。 The gasket of claim 1,
The seal lip (6) has a lip tip R of 0.1 to 0.4 mm, a lip apex angle (θ) of 0 to 60 °, and a lip height (h 1 ) of 0.1 to 1 mm. A gasket characterized by being made.
取付部(4)は、その高さ寸法(h2)が組立状態における二部材(2)(7)間の間隔寸法(C)の70〜90%の大きさに形成されていることを特徴とするガスケット。 The gasket of claim 1,
Mounting portion (4), characterized in that the height dimension (h 2) is formed in two members (2) (7) 70% to 90% of the size of the spacing dimension between (C) in the assembled state And gasket.
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