JP2005098476A - ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池のセパレータ３等、板体に接着されるガスケット１において、接着手段からの溶出成分による影響を抑制する。
【解決手段】主リップ１１と、その背面に形成されてセパレータ（接着対象板体）３と密接される背面シール部１２と、この背面シール部１２に対して密封対象空間Ｓと反対側となる位置にあって接着剤２を介してセパレータ３のガスケット装着溝３１の底部３１ａに接着される接着部１４と、背面シール部１２と接着部１４との間に形成されて余剰接着剤２ａを保持する接着剤溜り１５を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定部材間を密封するガスケットであって、特に、燃料電池のセパレータやＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ装置）のトップカバーの密封手段として適用可能なガスケットに関する。

燃料電池は、高分子電解質膜を一対の触媒電極層で挟んだＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜・電極複合体）と、カーボン製のセパレータとからなる燃料電池セルを多数、多い場合は数百枚積層したスタック構造をとっている。そして、酸化ガス（酸素）が各セパレータの一方の面に形成された酸化ガス流路から一方の触媒電極層に供給され、水素が各セパレータの他方の面に形成された燃料ガス流路から他方の触媒電極層に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。

図１４は、燃料電池の一部を示す断面図で、１０１は高分子電解質膜、１０２Ａ，１０２Ｋはその両側の触媒電極層、１０３はセパレータである。セパレータ１０３には、ゴム状弾性材料からなるガスケット１０４が設けられており、そのシール凸条１０４ａが高分子電解質膜１０１に密接することによって、触媒電極層１０２Ａ，１０２Ｋに供給される水素ガスや酸化ガスが外部へ漏洩するのを防止している。従来、この種のガスケット１０４は、成形後、セパレータ１０３に接着剤１０５を介して接着することが知られている。

ここで、セパレータ１０３は、触媒電極層１０２Ａ，１０２Ｋに供給されるガスを密封する作用のほか、触媒電極層１０２Ａ，１０２Ｋからの集電板としての作用も有し、高分子電解質膜１０１等の両側のセパレータ１０３は、それぞれ陰極及び陽極となるので、絶縁しておく必要がある。このため、従来は、例えば下記の特許文献１〜３に記載されているように、ＭＥＡによる発電部の周囲で、セパレータ間に絶縁手段を設けている。すなわち、特許文献１に記載された絶縁手段においては、高分子電解質膜の外周縁をセパレータの外周縁と同形同大とすることによって、この高分子電解質膜でセパレータ間の絶縁を図っている。また、特許文献２あるいは特許文献３に記載されたもののように、高分子電解質膜の大きさが発電領域の周縁部までに限定されている場合は、高分子電解質膜の外周側で、セパレータ間にシート状の絶縁層を介在させている。
特開２００３−１９７２４９ 特開２００１−２８３８９３ 特開２００２−１５８０１８

しかしながら、図１４のような構造によれば、セパレータ１０３（又は高分子電解質膜１０１）とガスケット１０４とを接着している接着剤１０５の層が途切れた部分があると、そこで漏れを発生するため、接着剤１０５は、接着面の全周に塗布している。ところが、接着剤１０５の一部が符号１０５ａで示されるようにガスケット１０４の接着面からはみ出して、ガス流路に大量に露出していると、接着剤１０５からの溶出成分によって、電池性能に悪影響を及ぼすことがあった。

また、特許文献１のような構造によれば、高価な高分子電解質膜を発電に供しない部分まで面積を広げているため、コストが高くなってしまう問題がある。この点、特許文献２あるいは特許文献３のものは、このような問題はないが、シート状の絶縁層に別体のガスケットリップ（線状突起）を設けており、この場合、ガスケットリップを、ずれ防止や密封性の観点から、シート状絶縁層に接着剤を用いて接着している。したがって、図１４に示されるものと同様に、接着剤の一部がガス流路等に露出し、接着剤からの溶出成分によって、電池性能に悪影響を及ぼすおそれがあった。また、長期間の使用においては、絶縁層とガスケットリップの接着剥がれを生じて、密封性を損なうおそれもあった。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、燃料電池のセパレータ等、板体に接着されるガスケットにおいて、接着手段からの溶出成分による影響を抑制することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るガスケットは、板体に接着されるガスケットにおいて、接着対象板体と密接される背面シール部と、この背面シール部に対して密封対象空間と反対側となる位置にあって接着手段を介して前記接着対象板体に接着される接着部とを有するものである。

請求項２の発明に係るガスケットは、請求項１に記載の構成において、背面シール部が主リップの背面に形成されたものである。

請求項３の発明に係るガスケットは、請求項１又は２に記載の構成において、接着手段が接着剤からなり、背面シール部と接着部との間に、余剰接着剤を保持する接着剤溜りを有するものである。

請求項４の発明に係るガスケットは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、背面シール部が、接着対象板体に形成されたガスケット装着溝の底部に密接されるものである。

請求項５の発明に係るガスケットは、ガスケットリップが燃料電池のセパレータ間に介在される絶縁層に一体的に設けられ、この絶縁層が前記ガスケットリップに対して密封対象空間と反対側となる領域で接着手段を介してセパレータに接着されたものである。

請求項６の発明に係るガスケットは、請求項５に記載の構成において、絶縁層にこの絶縁層と同材質のガスケットリップが一体成形されたものである。

請求項１の発明に係るガスケットによれば、その接着部（接着手段）と密封対象空間との間が、背面シール部によって密封されるため、密封対象空間へ接着手段中の含有成分が溶出するのを有効に防止することができ、例えば燃料電池用セパレータのガスケットとして適用した場合に、密封対象空間である酸化ガス流路又は燃料ガス流路中への成分溶出による悪影響を有効に防止することができる。また、接着対象板体との固定側での密封は背面シール部によって行い、接着手段による密封性に依存するものではないため、接着剤等の接着手段の使用量を削減できると共に、溶出成分の量も抑制することができる。

請求項２の発明に係るガスケットは、背面シール部が主リップのつぶし代による反力を受けるので、接着対象板体との密接力が増大し、接着部（接着手段）と密封対象空間との間での密封性を一層向上することができる。

請求項３の発明に係るガスケットは、接着手段として接着剤を用いた場合に、接着部と接着対象板体との間から背面シール部側へはみ出そうとする余剰接着剤が、接着剤溜りに保持されるため、密封対象空間側への余剰接着剤のはみ出しを、一層確実に防止することができる。

請求項４の発明に係るガスケットは、ガスケットの背面シール部が、接着対象板体に形成されたガスケット装着溝によって位置決めされるので、ガスケットを安定的に固定することができる。

請求項５の発明に係るガスケットによれば、ガスケットリップを一体に有する絶縁層と、セパレータとの接着領域が、ガスケットリップに対して密封対象空間と反対側にあるため、接着領域と密封対象空間との間が、ガスケットリップのつぶしに対する反力によって密封され、密封対象空間へ接着手段中の含有成分が溶出するのを有効に防止することができ、接着手段の密封対象空間への成分溶出による悪影響を有効に防止することができる。

請求項６の発明に係るガスケットによれば、ガスケットリップと絶縁層間に接合部が存在しないため、密封性が一層向上すると共に、ガスケットリップと絶縁層との間の接着手段も不要であり、しかも低コストで提供することができる。

以下、本発明に係るガスケットの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第一の形態を単体で示す部分的な断面斜視図、図２は、同じく装着状態で示す部分的な断面斜視図である。なお、以下の説明においては、「背面」とは、ガスケット１における主リップ１１と反対側を向いた面、すなわちセパレータ３側を向いた面のことである。

すなわち、この形態によるガスケット１は、請求項１〜４に対応する構成を備えるもので、図２に示されるように、接着剤２を介して燃料電池のセパレータ３に接着され、このセパレータ３と高分子電解質膜４との間に介在して、不図示の触媒電極層へ水素ガス又は酸化ガス（酸素）を供給するための燃料ガス流路又は酸化ガス流路等の密封対象空間Ｓから、燃料ガス又は酸化ガスが漏出するのを防止するものであって、ゴム状弾性材料、好ましくはＶＭＱ（シリコーンゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等から選択されるゴム状弾性材料で成形されている。なお、セパレータ３は、請求項１に記載された接着対象板体に相当するものであって、カーボンで成形されており、導電性を有する。

そして図１に示されるように、ガスケット１は、山形に突出した主リップ１１と、その背面側に突出した背面シール部１２と、主リップ１１と背面シール部１２の間の部分から密封対象空間Ｓと反対側へ突出した延長部１３と、この延長部１３の背面側に突出形成された接着部１４とを有する。また、背面シール部１２と接着部１４との間には、溝状の接着剤溜り１５が凹設されている。

一方、図２に示されるように、セパレータ３には、ガスケット１の装着位置と対応して延びる矩形断面のガスケット装着溝３１が形成されている。このガスケット装着溝３１は、ガスケット１における背面シール部１２及び接着部１４を収容可能な幅に形成されている。すなわちガスケット１は、その延長部１３の端部と接着部１４との間の段差部１６において、ガスケット装着溝３１における密封対象空間Ｓと反対側の溝肩３２に位置決めされた状態で、背面シール部１２が、ガスケット装着溝３１の底部３１ａのうち、密封対象空間Ｓ寄りの位置に密接され、接着部１４が、ガスケット装着溝３１の底部３１ａのうち、密封対象空間Ｓと反対側寄りの位置に、接着剤２を介して接着されるようになっている。

上述の構成において、ガスケット１をセパレータ３に接着する際には、まずセパレータ３におけるガスケット装着溝３１の底部３１ａのうち、密封対象空間Ｓと反対側寄りの位置に、接着剤２を塗布し、ガスケット１の接着部１４を、段差部１６において、ガスケット装着溝３１の密封対象空間Ｓと反対側の溝肩３２に位置決めした状態で、接着剤２の塗布面に押し付けて接着する。このとき、余剰接着剤２ａは、接着部１４の両側へはみ出すが、接着部１４と背面シール部１２との間には接着剤溜り１５が凹設されているので、接着部１４から背面シール部１２側へ向けてはみ出した余剰接着剤２ａは、接着剤溜り１５内に保持され、背面シール部１２側への介入が有効に防止される。

また、ガスケット１は、その主リップ１１が、図２に一点鎖線で示される高分子電解質膜４に、所要のつぶし代をもって密接されるので、その反力によって、主リップ１１の背面側に形成された背面シール部１２も、適当な面圧でガスケット装着溝３１の底部３１ａに密接される。このため、接着剤溜り１５内の余剰接着剤２ａからの溶出成分が、密封対象空間Ｓへ放出されるのを有効に防止することができる。なお、高分子電解質膜４は、その厚さ方向両側に不図示の触媒電極層（燃料極及び空気極）が設けられ、ＭＥＡを構成している。

また、接着対象板体であるセパレータ３との固定側での密封は、背面シール部１２によって行われ、前記底部３１ａと接着部１４との間に介在する接着剤２には依存されない。したがって、接着剤２は、ガスケット１の固定に必要な量であれば、必ずしも前記底部３１ａの全周に塗布する必要はなく、したがって接着剤２の使用量を削減することができると共に、接着剤２からの溶出成分の量も抑制することができる。そして、接着剤２を前記底部３１ａの全周に塗布した場合は、背面シール部１２と接着部１４の双方で密封を行うことになるため、二重シール作用によって、密封対象空間Ｓに対する密封性を著しく高いものとすることができる。

次に図３は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第二の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。この形態も、基本的には請求項１〜４に対応する構成を備えるものであって、主リップ１１と背面シール部１２の間の部分から密封対象空間Ｓと反対側へ突出した延長部１３のフラットな背面が、接着部１４となっており、セパレータ３のガスケット装着溝３１は、ガスケット１の背面シール部１２を収容可能な幅に形成されている。

すなわち、ガスケット１の接着部１４は、ガスケット装着溝３１の密封対象空間Ｓと反対側の溝肩３２に、接着剤２を介して接着される。接着剤溜り１５は、背面シール部１２と接着部１４との間に段差溝状に形成されており、溝肩３２に接着剤２を塗布して接着部１４を接着する際に、溝肩３２と接着部１４との間から背面シール部１２側へはみ出した余剰接着剤２ａは、ガスケット装着溝３１の密封対象空間Ｓと反対側の端部３１ａと接着剤溜り１５との間に保持され、背面シール部１２側への介入が有効に防止される。したがって、第一の形態と同様の効果が実現される。

次に図４は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第三の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。この形態のガスケット１は、請求項１〜３に対応する構成を備えるもので、図示されていない高分子電解質膜に所要のつぶし代をもって密接される山形の主リップ１１と、その背面側に突出形成された複数条の背面シール部１２と、主リップ１１の基部から密封対象空間Ｓと反対側へ突出した延長部１３と、この延長部１３の背面側に前記背面シール部１２と並列的に突出形成された接着部１４とを有する。また、背面シール部１２と接着部１４との間には、溝状の接着剤溜り１５が凹設されている。

一方、接着対象板体であるセパレータ３には、図２又は図３のようなガスケット装着溝が形成されておらず、ガスケット１の接着部１４は、図示されていない高分子電解質膜と対向するセパレータ３のフラットな表面３ａに、接着剤２を介して接着されると共に、その密封対象空間Ｓ側に位置する背面シール部１２が密接される。接着の際に、セパレータ３の表面３ａと接着部１４との間から背面シール部１２側へはみ出した余剰接着剤２ａは、接着剤溜り１５に保持され、背面シール部１２への介入が有効に防止される。したがって、第一の形態と同様の効果が実現される。

ここで、図５は、ガスケット１を取り付けたセパレータ３の表面を示す図である。図中の参照符号３３は、セパレータ３の表面に形成されて燃料ガス又は酸化ガスを流す多数の流路溝であり、３４は、セパレータ３に開設されて流路溝３３と連通するマニホールド、３５，３６は、セパレータ３に開設されて、それぞれ不図示の流路溝に連通されたマニホールドである。

図５に示されるセパレータ３において、ガスケット１は、流路溝３３の形成領域及びマニホールド３４の開口部を取り囲むように設けられたものと、マニホールド３５の開口部を取り囲むように設けられたものと、マニホールド３６の開口部を取り囲むように設けられたものを有する。そして、参照符号VIで示される部分では、流路溝３３の形成領域及びマニホールド３４の開口部を取り囲むガスケット１とマニホールド３５の開口部を取り囲むガスケット１の一部、又は流路溝３３の形成領域及びマニホールド３４の開口部を取り囲むガスケット１と、マニホールド３６の開口部を取り囲むガスケット１の一部が、互いに近接した状態で平行に延びている。

図６は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第四の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。この形態によるガスケット１は、基本的には請求項１〜４に対応する構成を備えるものであって、上述した図５におけるVI部のように、互いに近接した状態で平行に延びる部分のある場合に好適に適用されるものである。すなわち、図６に示されるガスケット１Ａ，１Ｂは、それぞれ異なる流体を密封対象とするものであって、例えば一方のガスケット１Ａによる密封対象空間Ｓ１は燃料ガスが流通し、他方のガスケット１Ｂによる密封対象空間Ｓ２は、酸化ガスが流通する。

ガスケット１Ａ，１Ｂは、基本的には先に説明した図３（第二の形態）と同様のものであって、すなわち山形に突出し高分子電解質膜４に所要のつぶし代をもって密接される主リップ１１Ａ，１１Ｂと、その背面側に形成された背面シール部１２Ａ，１２Ｂと、主リップ１１Ａ，１１Ｂと背面シール部１２Ａ，１２Ｂの間の部分から突出した延長部１３Ａ，１３Ｂをそれぞれ有し、延長部１３Ａ，１３Ｂのフラットな背面が、接着部１４Ａ，１４Ｂとなっている。また、一方のガスケット１Ａにおける延長部１３Ａの先端には凹面状の嵌合溝１３ａが形成され、他方のガスケット１Ｂにおける延長部１３Ｂの先端は前記嵌合溝１３ａと密嵌可能な凸面状に形成されている。

一方、セパレータ３には、ガスケット１Ａ，１Ｂの各背面シール部１２Ａ，１２Ｂの設置位置と対応して延びる矩形断面の一対のガスケット装着溝３１Ａ，３１Ｂが形成されている。このガスケット装着溝３１Ａ，３１Ｂは、前記背面シール部１２Ａ，１２Ｂを収容可能な幅に形成され、両溝３１Ａ，３１Ｂ間の間隔（溝肩３７の幅）は、ガスケット１Ａにおける延長部１３Ａの嵌合溝１３ａとガスケット１Ｂにおける延長部１３Ｂの先端を嵌合させた時の両延長部１３Ａ，１３Ｂの長さより僅かに小さいものとなっている。

すなわち、上述の構成において、ガスケット１Ａ，１Ｂをセパレータ３に接着する際には、まずセパレータ３におけるガスケット装着溝３１Ａ，３１Ｂの間の溝肩３７に接着剤２を塗布し、ガスケット１Ａにおける延長部１３Ａの嵌合溝１３ａとガスケット１Ｂにおける延長部１３Ｂの先端を嵌合させた状態で、双方の背面シール部１２Ａ，１２Ｂをそれぞれガスケット装着溝３１Ａ，３１Ｂに挿入すると共に、延長部１３Ａ，１３Ｂの背面の接着部１４Ａ，１４Ｂを、接着剤２の塗布面（溝肩３７）に押し付けて接着する。このとき、余剰接着剤２ａは、溝肩３７と接着部１４Ａ，１４Ｂの間から両側へはみ出すが、ガスケット１Ａにおける接着部１４Ａと背面シール部１２Ｂとの間、及びガスケット１Ｂにおける接着部１４Ｂと背面シール部１２Ｂとの間には、それぞれ接着剤溜り１５Ａ，１５Ｂが設けられているので、はみ出した余剰接着剤２ａ，２ａは、接着剤溜り１５Ａ，１５Ｂ内に保持され、背面シール部１２Ａ，１２Ｂ側への介入が有効に防止される。

上述した第一〜第四の形態は、いずれもセパレータ３へのガスケット１（１Ａ，１Ｂ）の接着手段として接着剤２を用いているが、本発明は、加硫接着によるものや、シート状接着部材を用いるものについても適用することができる。そして、次に説明する図７及び図８の形態は、このような接着手段を用いたものである。

このうち、まず図７は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第五の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。この形態のガスケット１は、セパレータ３に一体成形されたものであって、山形に突出し高分子電解質膜４に所要のつぶし代をもって密接される主リップ１１と、その背面側に形成された背面シール部１２と、主リップ１１と背面シール部１２の間の部分から密封対象空間Ｓと反対側へ突出した延長部１３を有し、延長部１３のフラットな背面が、接着部１４となっている。背面シール部１２はセパレータ３にガスケット１の装着位置と対応して形成された矩形断面のガスケット装着溝３１に密嵌されており、接着部１４は、ガスケット装着溝３１の密封対象空間Ｓと反対側の溝肩３２に加硫接着されている。

ガスケット１は、予めセパレータ３の溝肩３２に加硫接着用接着剤を塗布してから、このセパレータ３を所定の金型（不図示）内にセットして、そのガスケット装着溝３１に沿って前記金型の内面との間に画成されたキャビティ内に、未加硫のゴム材料を射出して加硫させることによって、成形と同時にセパレータ３と一体化させたものである。接着部１４は、セパレータ３の溝肩３２に塗布した加硫接着用接着剤によって、この溝肩３２に一体的に加硫接着されるが、背面シール部１２は、セパレータ３のガスケット装着溝３１の内面に倣って矩形断面形状に成形され、すなわち非接着でガスケット装着溝３１の内面と密接している。

なお、延長部１３（接着部１４）と反対側、すなわち主リップ１１及び背面シール部１２の密封対象空間Ｓ側には、膜状部１７が形成されており、セパレータ３におけるガスケット装着溝３１の密封対象空間Ｓ側の溝肩３８に密接されている。

この形態においても、接着部１４と密封対象空間Ｓの間には背面シール部１２が存在し、しかも膜状部１７も密封機能を有するので、加硫接着部からの溶出成分が、密封対象空間Ｓを流通するガス中に溶出することによる影響を防止することができる。また、上述の各形態と同様、高分子電解質膜４に対する主リップ１１のつぶし代の反力によって、背面シール部１２に適当な密接面圧が付与されるので、優れた密封性を奏すると共に、背面シール部１２が、前記締め代の反力によってガスケット装着溝３１の内面にしっかり固定されるので、ガスケット１の固定性が高く、したがって成形の際の加硫接着剤使用量を削減することができると共に、成分溶出量も有効に抑制することができる。

次に図８は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第六の形態を単体で示す部分的な断面斜視図である。この形態のガスケット１は、先に説明した図１（第一の形態）のガスケット１の接着部１４に、シート状接着部材２１を貼着したものである。

詳しくは、シート状接着部材２１は、合成樹脂フィルムの一面（図における下面）２１ａに不図示の接着剤又は粘着剤を塗布したもので、他面（図における上面）２１ｂが、ガスケット１の接着部１４にインサート成形法によって接着されたものである。合成樹脂フィルムとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、あるいはＰＩ（ポリイミド）等、電気絶縁性の合成樹脂材料からなるものが選択される。また、ガスケット１のゴム材料としては、特に限定しないが、前掲のＶＭＱ（シリコーンゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等が好ましい。

すなわち、ガスケット１を射出成形する金型内に、予め他面２１ｂに加硫接着用の接着剤を塗布した合成樹脂フィルムをセットして、前記金型内に未加硫ゴム材料を射出し、ガスケット１の成形と同時に合成樹脂フィルムを一体化したものである。接着剤又は粘着剤が塗布された合成樹脂フィルムの一面２１ａには、不図示の剥離フィルムを貼着しておき、ガスケット１をセパレータ３の所定箇所に取り付ける際に、前記剥離フィルムを剥離させて接着剤又は粘着剤が塗布された一面２１ａを露出させ、接着するように構成することができる。

この形態においても、接着部１４に設けられたシート状接着部材２１と密封対象空間Ｓの間には背面シール部１２が存在するので、シート状接着部材２１の接着剤又は粘着剤からの溶出成分が、密封対象空間を流通するガス中に溶出することによる影響を防止することができ、第一の形態と同様の効果を実現するものである。したがって、この形態においても、セパレータとの固定側のシールは背面シール部１２が担い、シート状接着部材２１には依存されないため、シート状接着部材２１は、必ずしも接着部１４の全周に貼着する必要はない。

なお、上述した形態はいずれも、ガスケット１をセパレータ３側に接着しているが、高分子電解質膜４に接着され、主リップ１１がセパレータ３と密接されるものについても実施可能である。この場合、高分子電解質膜４が請求項１に記載された接着対象板体に相当することとなる。

また、上述のような形態のガスケットは、燃料電池のほかにも、例えばパソコンのハード・ディスク・ドライブ装置（ＨＤＤ）において、記憶媒体であるハード・ディスクや、このハード・ディスクに対するデータの読み出しや書き込みを行うヘッド及びこれを駆動するアクチュエータ等を収容するケースを密閉する、ガスケット一体型トップカバーのガスケット等にも実施することができる。

次に図９は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第七の形態として、燃料電池セルの分離状態を積層方向から見た図、図１０は図９の燃料電池セルの組立状態を積層方向から見た図、図１１は、図１０におけるXI−XI線の位置で切断して示す燃料電池セルの分離状態の断面図である。

この形態は請求項５に係る発明に相当するものであって、これら図９，図１０及び図１１において、参照符号３はセパレータ、４は高分子電解質膜、４１，４２は高分子電解質膜４の両面に設けられた一対の触媒電極層、５は触媒電極層４１，４２の外周側に位置して各セパレータ３の外周部間に介在される絶縁層５１にガスケットリップ５２，５３が一体的に設けられた本形態のガスケットである。高分子電解質膜４と、その両面に設けられた触媒電極層４１，４２は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜・電極複合体）４０を構成している。

セパレータ３は、導電性を有すると共にガス不透過性のカーボン等からなるものであって、先に説明した図５と同様に、その両面には、触媒電極層４１，４２との対向面に位置して多数の溝状の流路溝３３が形成され、外周部には、燃料ガス、酸化ガスあるいは冷却水を供給又は排出するための複数のマニホールド３４〜３６が開設されている。また、図９に示されるように、複数のマニホールド３４〜３６のうち、燃料供給用及び燃料排出用のマニホールドは、セパレータ３の一方の面に形成された流路溝３３の両端にガスケット５を支承するカバープレート３３ｂ，３３ｂで覆われた通路３３ａ，３３ａを介して連通し、酸化ガス供給用及び酸化ガス排出用のマニホールドも同様に、セパレータ３の他方の面に形成された流路溝３３の両端に、ガスケット５を支承するカバープレートで覆われた通路（不図示）を介して連通している。

ガスケット５は、各セパレータ３間の電気絶縁性に優れた例えばＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＩ等の合成樹脂材料あるいはゴム状弾性材料からなる絶縁層５１に、ＶＭＱ、ＦＫＭ、ＥＰＤＭ等のゴム状弾性材料からなるガスケットリップ５２，５３が一体的に設けられたものである。絶縁層５１に対するガスケットリップ５２，５３の一体化の方法としては、射出成形等により、絶縁層５１にガスケットリップ５２を直接成形する方法や、別途に成形したガスケットリップ５２，５３を接着剤で貼り付ける方法のいずれもが採用可能である。但し、後者の方法においては、接着剤からの溶出成分の溶出の可能性があり、しかも接着剥がれ等が生じるおそれもあるため、前者の一体成形方法が好ましい。

絶縁層５１は、外周縁がセパレータ３の外周縁と同形同大のシート状であって、内周に発電領域（ＭＥＡ４０における触媒電極層４１，４２及びセパレータ３における流路溝３３の形成領域）に対応する窓部５１ａを有し、セパレータ３における各マニホールド３４〜３６と対応する位置に、この各マニホールド３４〜３６と同形同大の複数のマニホールド５１ｂ〜５１ｄが開設されている。また、ガスケットリップ５２は窓部５１ａの外周を取り囲むように形成され、ガスケットリップ５３は各マニホールド５１ｂ〜５１ｄの外周を取り囲むように形成されている。

絶縁層５１の肉厚は、薄すぎると強度及び十分な絶縁性が得られず、逆に厚すぎると、燃料電池セルを積層したスタックの体積が徒に増大してしまうため、50〜500μｍ、好ましくは100〜300μｍとする。

図９に斜線で示される領域Ｐは、セパレータ３における接着剤塗布領域である。この接着剤塗布領域Ｐは、図１１にも示されるように、ガスケット５を、セパレータ３に位置決め積層した時に、ガスケットリップ５２，５３に対して、このガスケットリップ５２，５３による密封対象である流路溝３３や各マニホールド３４〜３６と反対側となる領域に対応するものである。すなわちガスケット５は、セパレータ３における接着剤塗布領域Ｐに接着剤を塗布してから、絶縁層５１におけるガスケットリップ５２，５３が形成されていない側の面を、位置決めして押し付けることにより接着する。

以上の構成を備える各燃料電池セルにおいて、ＭＥＡ４０の触媒電極層４１，４２のうち一方に面する流路溝３３には、燃料供給用及び燃料排出用のマニホールド間で、通路３３ａ，３３ａを介して燃料ガス（水素）が供給され、他方の触媒電極層に面する流路溝３３には、酸化ガス（酸素）が供給される。そして、燃料ガスが供給される側（アノード）においては、水素分子を水素イオンと電子に分解する反応が行われ、酸化ガスが供給される側（カソード）においては、酸素と水素イオンと電子により水を生成する反応が行われ、これによって起電力を発生する。

厚さ方向に隣接するセパレータ３の外周部（発電領域の外周側）の間は、ガスケット５におけるシート状の絶縁層５１が介在することによって互いに絶縁される。組立状態においては、ガスケット５におけるガスケットリップ５２は、適当なつぶし代でＭＥＡ４０（高分子電解質膜４）の外周部に密接し、ガスケットリップ５３は適当なつぶし代でセパレータ３の外周部に密接し、流路溝３３内を流通する燃料ガス、酸化ガスや、マニホールド３４〜３６を流通する燃料ガス、酸化ガスあるいは冷却水に対する優れた密封性を奏する。また、ガスケットリップ５２は、ＭＥＡ４０（高分子電解質膜４）の外周部をセパレータ３に弾性的に押し付けて挟持する機能を有する。

また、ガスケット５は、そのガスケットリップ５２，５３が、セパレータ３又は高分子電解質膜４に、所要のつぶし代をもって密接されるので、絶縁層５１のうち、ガスケットリップ５２，５３の背面側に相当する部分は、セパレータ３又は高分子電解質膜４に対する密接面圧が、ガスケットリップ５２，５３の圧縮反力によって大きくなり、背面シール部として機能する一方、接着剤塗布領域Ｐに対応する部分では面圧が小さいものとなる。このため、接着剤塗布領域Ｐに塗布された接着剤は、密封対象空間である流路溝３３や各マニホールド３４〜３６側へ、はみだしにくくなり、しかも、接着剤からの溶出成分が、密封対象空間である流路溝３３や各マニホールド３４〜３６側へ放出されるのを有効に防止することができる。

次に、図１２は、本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第八の形態を、図１０におけるXI−XI線の位置で切断して示す燃料電池セルの分離状態の断面図、図１３は、同じく図１０におけるXIII−XIII線の位置で切断して示す燃料電池セルの分離状態の断面図ある。

この形態は請求項６に係る発明に相当するものであって、ガスケット５が各セパレータ３の両面に接着されている。このガスケット５は、全体がＶＭＱ、ＦＫＭ、ＥＰＤＭ等から選択された単一のゴム状弾性材料からなるものであって、絶縁層５１の両面にガスケットリップ５２Ａ，５３Ａ（以下、主リップという）及びガスケットリップ５２Ｂ，５３Ｂ（以下、背面リップという）が、互いに一体に成形されている。したがって絶縁層５１と主リップ５２Ａ，５３Ａ及び背面リップ５２Ｂ，５３Ｂは互いに連続したゴム状弾性材料からなり、両者間に接着部が介在しない構造となっている。

詳しくは、絶縁層５１は、外周縁がセパレータ３の外周縁と同形同大で、内周に発電領域（ＭＥＡ４０における触媒電極層４１，４２及びセパレータ３における流路溝３３の形成領域）に対応する窓部５１ａを有し、先の図９に示されるセパレータ３の各マニホールド３４〜３６と対応する複数のマニホールド５１ｂ〜５１ｄ(図１２及び図１３にはマニホールド３５，５１ｃのみ示される)が開設されたシート状をなす。主リップ５２Ａ及び背面リップ５２Ｂは、窓部５１ａの外周に沿って形成されており、主リップ５３Ａ及び背面リップ５３Ｂは、各マニホールド５１ｃ（５１ｂ，５１ｄ）の外周に沿って形成されている。また、背面リップ５２Ｂ，５３Ｂは、先の図９に示されるセパレータ３のカバープレート３３ｂ（通路３３ａ）と対応する部分には設けられておらず、この部分は、図１３に示されるように、主リップ５２Ａ，５３Ａのみが形成されている。

一方、セパレータ３における発電領域の外周側には、その両面に、ガスケット５の背面リップ５２Ｂ，５３Ｂと対応して、それぞれガスケット装着溝３１Ｃ，３１Ｄが形成され、すなわち、背面リップ５２Ｂ，５３Ｂは、これらのガスケット装着溝３１Ｃ，３１Ｄ内に、所定のつぶし代をもって密接されるようになっている。なお、このガスケット装着溝３１Ｃ，３１Ｄは、先の図９に示されるセパレータ３の通路３３ａが通る部分には形成されない。

なお、その他の部分の構成、例えばセパレータ３における流路溝３３、マニホールド３４〜３６等の配置や、ＭＥＡ４０（高分子電解質膜４及び触媒電極層４１，４２）等は、先に説明した第七の形態と基本的に同様である。

上記構成のガスケット５は、絶縁層５１が接着剤を介してセパレータ３に接着され、そのためのセパレータ３の接着剤塗布領域Ｐは、ガスケット５をセパレータ３に位置決め積層した時に、背面リップ５２Ｂ，５３Ｂに対して、この背面リップ５２Ｂ，５３Ｂによる密封対象である流路溝３３やマニホールド３５（３４，３６）と反対側、言い換えればガスケット装着溝３１Ｃ，３１Ｄに対して、流路溝３３やマニホールド３５（３４，３６）と反対側に相当する領域となっている。すなわちガスケット５は、セパレータ３の接着剤塗布領域Ｐに接着剤を塗布してから、絶縁層５１における背面リップ５２Ｂ，５３Ｂが存在する側の面を押し付けて接着する。そしてその過程で、背面リップ５２Ｂ，５３Ｂをガスケット装着溝３１Ｃ，３１Ｄに嵌め込むため、位置決めを容易に行うことができる。

このとき、セパレータ３に塗布された接着剤の一部は、ガスケット５の絶縁層５１の押し付けによって接着剤塗布領域Ｐから両側へはみ出すが、接着剤塗布領域Ｐとガスケット５の背面リップ５２Ｂ，５３Ｂとの間には、ガスケット装着溝３１Ｃ，３１Ｄによって、先に説明した図３に示される接着剤溜りが形成されるので、背面リップ５２Ｂ，５３Ｂによるシール面への余剰接着剤の介入が有効に防止される。

燃料電池セルの組立状態では、互いに隣接するセパレータ３，３のうち一方のセパレータ３に接着されたガスケット５の主リップ５２Ａと、他方のセパレータ３に接着されたガスケット５の主リップ５２Ａが、適当なつぶし代でＭＥＡ４０（高分子電解質膜４）の外周部に密接し、これによって、発電領域を良好に密封すると共に、ＭＥＡ４０を弾性的に挟持する。また、一方のセパレータ３に接着されたガスケット５の主リップ５３Ａと、他方のセパレータ３に接着されたガスケット５の主リップ５３Ａが、所要のつぶし代をもって互いに密接し、これによって、マニホールド３５（３４，３６）に対する良好な密封性を奏する。そして、これら主リップ５２Ａ，５３Ａの圧縮反力によって、背面リップ５２Ｂ，５３Ｂも適当な面圧でガスケット装着溝３１Ｃ，３１Ｄの底部に密接されるため、接着剤塗布領域Ｐの接着剤や、そこからはみ出した余剰接着剤からの溶出成分が、流路溝３３やマニホールド３５（３４，３６）へ放出されるのを有効に防止することができる。

なお、図１３に示されるセパレータ３の通路３３ａの形成部分では、主リップ５２Ａ，５３Ａがカバープレート３３ｂにバックアップされるので、対向するセパレータ３に良好に密接することができる。

ガスケット５は、絶縁層５１とガスケットリップ（主リップ５２Ａ，５３Ａ及び背面リップ５２Ｂ，５３Ｂ）を互いに連続して形成した構造を有するため、ゴム状弾性材料による同時一体成形によって、低コストで提供することができる。しかも、両者間を接着する必要がない。しかも、絶縁層５１とガスケットリップとの間を接着剤などで接着する必要もないため、ここから溶出成分が発生することもなく、接着剥がれ等が生じるおそれもない。

なお、この形態においては、ガスケット５を各セパレータ３の両面に設けたが、図１１と同様に、片面にのみ設けて、主リップ５３Ａが、隣接するセパレータ３に密接されるようにすることもできる。

本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第一の形態を単体で示す部分的な断面斜視図である。 本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第一の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。 本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第二の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。 本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第三の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。 ガスケットを取り付けたセパレータの表面を示す図である。 本発明に係るガスケットを図５におけるVI部に好適に適用される第四の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。 本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第五の形態を装着状態で示す部分的な断面斜視図である。 本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第六の形態を単体で示す部分的な断面斜視図である。 本発明に係る第七の形態として、請求項６に係る発明を適用した燃料電池セルの分離状態を積層方向から見た図である。 図９の燃料電池セルの組立状態を積層方向から見た図である。 図１０におけるXI−XI線の位置で切断して示す燃料電池セルの分離状態の断面図である。 本発明に係るガスケットを燃料電池用ガスケットとして適用した第八の形態を、図１０におけるXI−XI線の位置で切断して示す燃料電池セルの分離状態の断面図である。 図１２のガスケットを、図１０におけるXIII−XIII線の位置で切断して示す燃料電池セルの分離状態の断面図である。 従来の技術によるガスケットを装着した燃料電池の一部を示す断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ ガスケット
１１，１１Ａ，１１Ｂ，５２Ａ，５３Ａ 主リップ
１２，１２Ａ，１２Ｂ 背面シール部
１３，１３Ａ，１３Ｂ 延長部
１３ａ 嵌合溝
１４，１４Ａ，１４Ｂ 接着部
１５ 接着剤溜り
１６ 段差部
１７ 膜状部
２ 接着剤（接着手段）
２ａ 余剰接着剤
２１ シート状接着部材（接着手段）
３ セパレータ（接着対象板体）
３ａ フラットな表面
３１，３１Ａ〜３１Ｄ ガスケット装着溝
３１ａ 底部
３２，３７，３８ 溝肩
３３ 流路溝（密封対象空間）
３４〜３６，５１ｂ〜５１ｄ マニホールド（密封対象空間）
４ 高分子電解質膜
４０ ＭＥＡ
４１，４２ 触媒電極層
５ ガスケット
５１ 絶縁層
５１ａ 窓部
５２，５３ ガスケットリップ
５２Ｂ，５３Ｂ 背面リップ
Ｐ 接着剤塗布領域
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ 密封対象空間

Claims (6)

1. 板体に接着されるガスケット（１）において、接着対象板体に密接される背面シール部（１２）と、この背面シール部（１２）に対して密封対象空間（Ｓ）と反対側となる位置にあって接着手段（２）を介して前記接着対象板体に接着される接着部（１４）とを有することを特徴とするガスケット。
2. 背面シール部（１２）が主リップ（１１）の背面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 接着手段（２）が接着剤からなり、背面シール部（１２）と接着部（１４）との間に、余剰接着剤（２ａ）を保持する接着剤溜り（１５）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスケット。
4. 背面シール部（１２）が、接着対象板体に形成されたガスケット装着溝（３１）の底部（３１ａ）に密接されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスケット。
5. ガスケットリップ（５２，５３）が燃料電池のセパレータ（３）間に介在される絶縁層（５１）に一体的に設けられ、この絶縁層（５１）が前記ガスケットリップ（５２，５３）に対して密封対象空間と反対側となる領域で接着手段を介してセパレータ（３）に接着されたことを特徴とするガスケット。
6. 絶縁層（５１）にこの絶縁層（５１）と同材質のガスケットリップ（５２，５３）が一体成形されたことを特徴とする請求項５に記載のガスケット。

Images