JP2011222245A - 燃料電池用ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータの薄肉化を目的に、セパレータに成形不良の無いガスケットを一体成形出来る燃料電池用ガスケットを提供する。
【解決手段】セパレータ１の表面に設けた溝部１１にゴム状弾性材製ガスケット２を一体成形してなる燃料電池用ガスケットにおいて、ガスケット２と一体成形されると共にガスケット２と略平行であって、ガスケット２のリップ部２１の頂部よりも低い、弾性材料が流動する流動用厚肉部３が存在することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用ガスケットに関するものである。

従来、例えば図１０に示すように、燃料電池のセパレータ１００、１００の間に挾まれるイオン交換膜４００および、このイオン交換膜４００に固定される膜固定反応電極等はそれぞれ平面状に成形されている。
そして、これらの構成要素が組み合わされて燃料電池セルが構成される。
また、セパレータ１００の材質としては、カーボンの他にグラファイト等も用いられ、その他、導電性フェノールまたはマグネシウム合金等であっても良い。

このような燃料電池セルの各構成要素間のシールに関しては、単品のガスケットを用いるものや（特許文献１）、図示したようにセパレータ１００に設けた溝部１１０にゴム状弾性材製ガスケット２００を一体成形した態様のものが知られている（特許文献２）。
単品のガスケットを用いたものは、シール部の薄肉化、組立て性の向上、位置ずれの防止、低面圧化、面圧の均一化等の点について、これらを十分満足させることができない不都合があり、特に、組付け工程での不具合や組込み忘れによる機能不全、機能不安定等が発生する問題を惹起した。

また、図示したセパレータ１００に設けた溝部１１０にゴム状弾性材製ガスケット２００を一体成形した態様のものにおいては、セパレータ１００の薄肉化が加速している状況下、溝部１１０の薄肉化及びガスケット２００の断面積の極小化は避けて通る事が出来ない。
この結果、ガスケット２００の成形時における、ゴム状弾性材料の流動抵抗が高まり、ゴム状弾性材料の充填不足や、流路の末端部にウェルド不良が発生し易く、ガスケット２００を金型形状通りに成形するのが困難であった。
このため、ガスケット２００のシール性能が、低下する問題を招来した。

そこで、このような不具合の発生を防止する為に、ゴム状弾性材を射出する射出ゲートを増やす手法が考えられるが、ゲート部、ランナー部の増大により、材料歩留まりが低下し、製造コストが増加する問題を惹起した。
また、ゴム状弾性材を射出する射出圧力を高くする手法も考えられるが、セパレータに対する負荷が増大し、セパレータが変形したり、破損する危険性を増大させた。

特開平７−２２６２２０号公報 特開２００１−１８５１７４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、セパレータの薄肉化が加速している状況下においても、セパレータに、成形不良の無いガスケットを一体成形出来る燃料電池用ガスケットを提供すことを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、セパレータの表面に設けた溝部にゴム状弾性材製ガスケットを一体成形してなる燃料電池用ガスケットにおいて、前記ガスケットと一体成形されると共に、前記ガスケットと略平行であって、前記ガスケットのリップ部の頂部よりも低い、前記弾性材料が流動する流動用厚肉部が存在することを特徴とする。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１記載の発明の燃料電池用ガスケットによれば、セパレータの薄肉化が加速している状況下においても、セパレータに、成形不良の無いガスケットを一体成形出来る。
また、請求項２記載の発明の燃料電池用ガスケットによれば、セパレータに設ける溝を大きくする必要が無い為、セパレータの強度を低下させることが無い。

更に、請求項３記載の発明の燃料電池用ガスケットによれば、ゴム材料の流動性を十分確保するだけの十分な断面積を厚肉部に確保しても、ガスケットのシール性能に影響を与える事は無い。
更に、請求項４記載の発明の燃料電池用ガスケットによれば、流動用厚肉部をそれ程厚くする事無く、弾性材料の十分な流動を確保出来る。

更に、請求項５記載の発明の燃料電池用ガスケットによれば、燃料電池セルの組み立てミスを防止出来る。
更に、請求項６記載の発明の燃料電池用ガスケットによれば、ガスケットが、金型の一方にのみ付着した状態で金型が開けられる為、作業効率が良く、成形時にガスケットが損傷することが無い。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池用ガスケットが組み立てられる前の要部断面図。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図。 図２の厚肉部が切除された燃料電池用ガスケットの要部断面図。 本発明の第３実施形態に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図。 図４の厚肉部が切除された燃料電池用ガスケットの要部断面図。 本発明の第４実施形態に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図。 本発明の第５実施形態に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図。 本発明の第６実施形態に係る燃料電池用ガスケットの要部断面図。 本発明の技術を一部利用した参考断面図。 従来技術に係る燃料電池用ガスケットが組み立てられる前の要部断面図。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
第１図乃至８図に基づき発明を実施するための最良の形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１に示す様に、本発明の第１実施形態に係る燃料電池用ガスケットは、セパレータ１の表面に設けた溝部１１にゴム状弾性材製ガスケット２を一体成形してなるものであって、
ガスケット２と一体成形されると共に、このガスケット２と略平行であって、ガスケット２のリップ部２１の頂部２１１よりも低い、ゴム状弾性材料が流動する、断面矩形の流動用厚肉部３が形成された構成となっている。

この厚肉部３は、ゴム状弾性材料の流動を助けるものであれば良く、断面形状が円形、楕円形、台形等でも良いが、セパレータ１の表面に設けた溝部１１に成形する為、矩形が好ましい。
また、ガスケット２及び厚肉部３は共に溝部１１内に存在する設計となっている。
また、厚肉部３はガスケット２の片側（図上左側）にのみ存在する形としているが、ガスケット２の両側に存在させる形としてもよい。
この厚肉部３の存在により、ゴム状弾性材料の流動抵抗を下げる事が出来る為、セパレータ１に負荷をかける事無く、成形金型の成形空所全体にゴム状弾性材料を行き渡らせる事が出来る。

更に、ガスケット２はリップ部２１を形成しており、リップ部２１の頂部２１１と厚肉部３の表面３１との間隙Ｘは、セパレータ１が積層され組み立てられた後においても、厚肉部３の表面３１が、セパレータ１、１の間に挟持されるイオン交換膜４を押圧しないだけの距離を有する様に設計されている。
従って、セパレータ１が積層され組み立てられた際に、厚肉部３の存在により、セパレータ１に過大な応力が発生する事は無い。

また、リップ部２１の形状は、断面略三角形状としたが、円形、楕円形、台形等でも良い。
また、ゴム状弾性材製ガスケット２の材質としては、ゴムまたはゴム状弾性を有する合成樹脂材料が適宜選択して用いられるが、その中でも、液状シリコーンゴム、液状フッ素ゴム、液状ＥＰＤＭ、液状ＡＣＭ等の液状ゴムが好適に用いられる。
更に、セパレータ１の材質としては、カーボンの他にグラファイト等も用いられ、その他、導電性フェノールまたはマグネシウム合金等であっても良いが、本発明はカーボン材製のセパレータ１に好適に用いられる。

＜第２実施形態＞
図２に示す様に、第１実施形態と相違する点は、厚肉部３が溝部１１内に存在するのではなく、セパレータ１の表面１ａ上に存在する形としている点である。
そして、この厚肉部３は、トムソン刃等を用いて切除され、図３に示す形態として使用される。

従って、第２実施形態は、第１実施形態のものに比べ、溝部１１の大きさを小さく出来る為、セパレータ１の強度低下を抑えることが出来る。
更に、厚肉部３は、成形後切除されるため、ゴム状弾性材料の流動抵抗を下げるだけの十分な断面積（厚み）を確保する事が容易である。
また、厚肉部３は、成形後切除されるため、厚肉部３とセパレータ１の表面１ａとの間に接着剤を介在させない事が好ましい。

尚、厚肉部３が溝部１１内に存在するのではなく、セパレータ１の表面１ａ上に存在する形としても、十分なセパレータ１、１間隙が存在する場合（厚肉部３がセパレータ１に過大な応力を発生させる事は無い場合）には、必ずしも厚肉部３は、成形後切除される必要はない。

＜第３実施形態＞
図４に示す様に、第２実施形態と相違する点は、厚肉部３が、ガスケット２の両側に存在する態様としている点である。
この事により、第２実施形態の厚肉部３に比べ、ゴム状弾性材料の流動抵抗を下げるだけの十分な断面積を確保する事が可能である。

従って、第１実施形態と同一水準のゴム状弾性材料の流動抵抗を得る為には、第３実施形態の厚肉部３の肉厚は、第１実施形態の厚肉部３の半分の肉厚で済むことになる。
この様に、ゴム状弾性材料の流動抵抗をより下げたい場合は、厚肉部３をガスケット２の両側に存在する態様とすることが好ましい。
この考え方は、第１実施形態のものにも適用出来る。
そして、この厚肉部３は、第２実施形態と同様に、トムソン刃等を用いて切除され、図５に示す形態として使用される。

＜第４実施形態＞
図６に示す様に、第１実施形態のガスケット２及び厚肉部３が、セパレータ１の両面１ａ、１ｂに対称形状で存在する形としている点である。
この様な構成とすることにより、燃料電池セルの組み立てミスを防止出来る。

＜第５実施形態＞
図７に示す様に、セパレータ１のいずれか一方の面（図上上側）に存在する厚肉部３にのみ、離型用突起３２を設ける態様としたものである。
第４実施形態の様に、第１実施形態のガスケット２及び厚肉部３が、セパレータ１の両面１ａ、１ｂに対称形状で存在する場合、成形金型から製品を取り出す際の粘着抵抗が、各々の面で略等しいと考えられる為、製品が何れの成形金型に付着するか分からず、作業効率が低下した。
更に、製品の一部が上型に付着し、残りが下型に付着した状態で、成形金型が開いた場合は、製品に致命的損傷を与える危険性があった。

特に、セパレータ１の材質が脆弱なカーボン材である場合は、この種の危険性が増大した。
そこで、第５実施形態の様に、セパレータ１のいずれか一方の面に存在する厚肉部３にのみ、離型用突起３２を設ける態様とした場合、離型用突起３２を設けた側の成形金型へ粘着抵抗がより大きくなる為、製品は必ず離型用突起３２と接している側の成形金型側に残る。
この事により、上記した不具合を解消出来る。

＜第６実施形態＞
図８に示す様に、第５実施形態と相違する点は、離型用突起３２が、厚肉部３の表面３１に向かって狭まる無理抜き形状となっている点である。
この事により、第５実施形態のものに比べ、離型用突起３２を設けた側の成形金型へ粘着抵抗がより大きくなる為、製品は必ず離型用突起３２と接している側の成形金型側に確実に残す事が出来る。

尚、この種離型用突起３２を設ける考え方は、セパレータ１にゴム状弾性材製ガスケット２を一体成形する場合だけでなく、図９に示す様に、ゴム状弾性材製ガスケット２単体を成形する場合にも適用できる。
すまわち、ガスケット２の一部に無理抜き形状の離型用突起３２を設け、ガスケット２が、必ず離型用突起３２と接している側の成形金型側（図上下側の金型）に確実に残す事が出来る。
この離型用突起３２は、製品機能に影響しない個所に設ける事が出来れば、成形後に切除する必要は必ずしもないが、影響する場合は、成形後に刃物等で切除される。
また、離型用突起３２を設ける個所は、ガスケット２本体に限らず、バリ部でも良い。
更に、離型用突起３２は、必ずしも全周に設ける必要はなく、ガスケット２に沿って部分的に設ける形でも良い。

また、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１ セパレータ
２ ガスケット
３ 厚肉部
４ イオン交換膜
１１ 溝
２１ リップ部
３１ 表面
３２ 突起

Claims (6)

1. セパレータ（１）の表面に設けた溝部（１１）にゴム状弾性材製ガスケット（２）を一体成形してなる燃料電池用ガスケットにおいて、
   前記ガスケット（２）と一体成形されると共に、前記ガスケット（２）と略平行であって、前記ガスケット（２）のリップ部（２１）の頂部（２１１）よりも低い、前記弾性材料が流動する流動用厚肉部（３）が存在することを特徴とする燃料電池用ガスケット。
2. 前記厚肉部（３）が、前記溝部（１１）を超えて前記セパレータ（１）の表面に存在することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用ガスケット。
3. 前記厚肉部（３）が、前記ガスケット（２）を成形後に切除されることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用ガスケット。
4. 前記厚肉部（３）が、前記ガスケット（２）の両側に存在することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の燃料電池用ガスケット。
5. 前記ガスケット（２）及び前記厚肉部（３）が、前記セパレータ（１）の両面（１ａ）、（１ｂ）に対称形状で存在することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の燃料電池用ガスケット。
6. 前記セパレータ（１）のいずれか一方の面に存在する前記厚肉部（３）にのみ、離型用突起（３２）を設けたことを特徴とする請求項５記載の燃料電池用ガスケット。

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