JP2016207445A - 燃料電池用ガスケット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池全体の製造コストが有利に低減されるように改良された構造を有する燃料電池用ガスケットを提供すること、また、そのような燃料電池用ガスケットを有利に製造する方法を提供すること。【解決手段】燃料電池を構成するセパレータの間をシールするための燃料電池用ガスケット１０であって、枠形状を呈する本体部１２と、本体部１２の一部が薄肉とされることにより形成される流路部２２と、本体部１２の内縁側に設けられ、本体部１２よりも薄肉のＭＥＡ保持部１４と、を有し、それら本体部１２、流路部２２及びＭＥＡ保持部１４を、合成樹脂材料を射出成形することによって一体的に形成して、構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用ガスケット及びその製造方法に係り、特に、燃料電池全体の製造コストを有利に低減可能な燃料電池用ガスケット、及びそのような燃料電池用ガスケットを有利に製造することが出来る方法に、関するものである。

従来から、燃料電池（燃料電池スタック）は、一対のセパレータ間に膜−電極接合体（Membrane Electrode Assembly ：ＭＥＡ）等の燃料電池構成部材が納められてなる燃料電池セルの複数が、積み重ねられて構成されている。そして、それら一対のセパレータの間には、各燃料電池セルからの水素や酸素等のガスの漏れを防止するために、合成樹脂製のガスケット（樹脂フレーム）が挟持されている。

そのようなガスケットは、一般的に薄肉のシート材をプレス加工することによって製造されている。また、特開２００９−１４０８２５号公報（特許文献１）等においては、電解質膜の外側に、射出成形（インサート成形）により、ガスケット部を一体的に成形する手法も開示されている。

特開２００９−１４０８２５号公報

しかしながら、薄肉のシート材をプレス加工することによるガスケットの製造方法にあっては、ＭＥＡの取付部分等の孔部分を打ち抜く必要があるため、歩留まりが悪くなるという問題がある。また、プレス加工では、ガスケットの表面に、細かな凹凸形状を呈するガスの流路等を形成することが難しいため、別途、切削加工等によりセパレータの表面にガスの流路を形成する必要がある。それ故に、プレス加工によって製造されるガスケットを使用すると、燃料電池全体の製造コストの高騰を招く恐れがある。

一方、特許文献１等に開示されているように、射出成形によって電解質膜にガスケット部を一体的に成形する場合においては、近年、燃料電池を小型化するため、ガスケットを薄肉化することが求められているところから、欠肉（ショートショット）等の成形不良が起こり易く、電解質膜を確実に保持することが出来なくなる恐れがある。また、金型内で、電解質膜を所定位置に保持することは難しいため、射出成形により電解質膜にガスケット部を設けてなる複合体（膜電極接合体）を得ることが困難であるという問題をも内在している。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、燃料電池全体の製造コストが有利に低減されるように改良された構造を有する燃料電池用ガスケットを提供することにある。また、本発明は、そのような燃料電池用ガスケットを有利に製造する方法を提供することをも、その解決課題とするところである。

そして、本発明にあっては、かかる課題を解決するために、燃料電池を構成するセパレータの間をシールするための燃料電池用ガスケットであって、枠形状を呈する本体部と、前記本体部の一部が薄肉とされることにより形成される流路部と、前記本体部の内縁側に設けられ、該本体部よりも薄肉のＭＥＡ保持部と、を有し、それら本体部、流路部及びＭＥＡ保持部が、合成樹脂材料を射出成形することによって、一体的に形成されていることを特徴とする燃料電池用ガスケットを、その要旨とするものである。

なお、このような本発明に従う燃料電池用ガスケットの望ましい態様の一つによれば、前記本体部の肉厚に対する前記流路部における最薄部分の肉厚の比、及び、前記本体部の肉厚に対する前記ＭＥＡ保持部の肉厚の比のうちの少なくとも何れか一方が、１／８以下とされている。

また、本発明に従う燃料電池用ガスケットの有利な態様の一つによれば、前記合成樹脂材料のメルトマスフローレートが８０〜１２０ｇ／１０ｍｉｎである。

一方、本発明にあっては、上記した各態様に係る燃料電池用ガスケットの製造方法であって、前記本体部を与える本体成形部位と、前記ＭＥＡ保持部を与えるＭＥＡ保持部成形部位とを有する成形キャビティを備えた成形用金型を用いて、該ＭＥＡ保持部成形部位の温度を、該本体部成形部位の温度よりも高い状態とし、かかる状態にて、前記成形用金型における、前記本体部成形部位より外側に設けられた複数のゲートより、前記成形キャビティ内に、溶融した前記合成樹脂材料を射出し、充填することを特徴とする燃料電池用ガスケットの製造方法をも、また、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従う燃料電池用ガスケットの製造方法においては、有利には、前記溶融した合成樹脂材料を、前記成形キャビティ内に８００ｍｍ／ｓ以上の射出速度で射出し、充填することを特徴としている。

このように、本発明に従う燃料電池用ガスケットにあっては、枠形状を呈する本体部と、かかる本体部の一部が薄肉とされることにより形成される流路部とを有しているところから、本体部においてセパレータ間のシール機能が発揮されることに加えて、流路部において、燃料電池セル内のガスを効果的に流通せしめることが出来るようになっている。

しかも、本発明に従う燃料電池用ガスケットにあっては、それら本体部と流路部、及び本体部の内縁側に設けられる本体部よりも薄肉のＭＥＡ保持部が、合成樹脂材料を射出成形することによって、一体的に形成されているところから、燃料電池用ガスケットを形成するための合成樹脂材料を無駄なく利用することが可能になると共に、流路部及びＭＥＡ保持部が有利に形成されることとなるのである。

一方、本発明に従う燃料電池用ガスケットの製造方法にあっては、上記した本発明に従う燃料電池用ガスケットを、有利に製造可能である。

また、本発明に従う燃料電池用ガスケットの製造方法にあっては、ＭＥＡ保持部成形部位の温度を、本体部成形部位の温度よりも高い状態とし、かかる状態にて、成形キャビティ内に、溶融した合成樹脂材料を射出し、充填することにより、ＭＥＡ保持部成形部位での合成樹脂材料の流動性が良好に維持されることとなるところから、薄肉のＭＥＡ保持部を有利に成形することが可能となる。また、成形キャビティ内において、本体部が、ＭＥＡ保持部に対して、相対的に早期に硬化し、形成せしめられることとなるところから、本体部とＭＥＡ保持部との収縮の差によって、製造されるガスケットにおいて歪みや反りが発生することを有利に阻止することが出来る利点もある。

加えて、本発明に従う燃料電池用ガスケットの製造方法においては、本体部成形部位より外側に設けられた複数のゲートより、成形キャビティ内に、溶融した合成樹脂材料が射出、充填されるため、一般的な射出成形品において不可避的に形成されるゲート痕（凸部）が、本発明に従って製造される燃料電池用ガスケットには何等残らない。従って、本発明に係る製造方法によれば、そのようなゲート痕によって、本体部のシール性が低下したり、燃料電池が大型化してしまう等の問題の発生を、有利に回避することが出来る。

本発明に従う燃料電池用ガスケットの一例を示す平面説明図である。 図１におけるＡ−Ａ断面拡大部分説明図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面拡大部分説明図である。 図１に示される燃料電池用ガスケットを製造するための成形用金型の一例を示す断面部分説明図である。 図４のＣ方向矢視部分説明図である。 図４に示された成形用金型を用いて、燃料電池用ガスケットを製造する際に実施される工程の一例を示す説明図である。 図６に示された工程に引き続いて実施される工程の一例を示す説明図であって、溶融した合成樹脂材料が成形キャビティ内に射出され、充填されている状態を示している。 図７に示された工程の後、成形用金型から取り出された射出成形品の形態を示す、平面説明図である。 図１に示される燃料電池用ガスケットを製造するため射出成形品の他の一例を示す、図８に対応する平面説明図である。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１乃至図３には、本発明に従う燃料電池用ガスケットの一例が、その平面形態と断面形態において、それぞれ示されている。そこにおいて、燃料電池用ガスケット１０（以下、ガスケット１０とも称する）は、図１に示されるように、全体として矩形平板状の枠体形状を呈し、ガスケット１０の外周部分を構成する、枠形状を呈する本体部１２と、かかる本体部１２の内縁側に一体的に設けられ、ガスケット１０の内周部分を構成する、ＭＥＡ保持部１４とを有している。なお、ガスケット１０（本体部１２）の長手方向（図１の左右方向）の両端側部分には、それぞれ矩形孔状の、複数（ここでは６つ）の孔１６（１６ａ〜１６ｆ）が形成されている。

より具体的には、図２に示されるように、ガスケット１０は、燃料電池セルを構成する一対のセパレータ１８、１８（図２においては二点鎖線で示される）間に挟持され、それらセパレータ１８、１８と略全周に亘って密着して、主として燃料電池セルからの燃料ガスや酸化剤ガス、及び生成される水の漏出を防止する（シールする）機能を果たすものである。そのようなガスケット１０の肉厚（厚さ）、より具体的には本体部１２の肉厚（厚さ）：ｔ１は、要求されるシール性能や電気抵抗等を考慮して決定されることとなるが、ここでは、０．８ｍｍとされている。

なお、燃料電池において用いられるセパレータ１８、１８は、略平板形状を呈し、隣り合う燃料電池セル同士を区切るためのものであって、十分な導電性と強度と耐食性を有するものであればよく、例えば、耐食性を有する金属材料やカーボン（炭素）材料等から構成されている。

また、ＭＥＡ保持部１４は、本体部１２の内縁側に、所定の幅をもって全周に亘って設けられており、燃料電池セルを構成するＭＥＡ２０（図２においては二点鎖線で示される）が、その外周縁部位において、かかるＭＥＡ保持部１４に貼り付けられることによって、保持されることとなる。

なお、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly ：膜−電極接合体）２０としては、所定の固体高分子電解質膜を、その両側から触媒電極［燃料極（負極）及び空気極（正極）］によって挟み込んで構成される、積層構造を有する公知のものが適宜に用いられることとなる。そのようなＭＥＡ２０を構成する固体高分子電解質膜としては、例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体膜［商品名；ナフィオン１１２８（登録商標）、デュポン株式会社製］等を使用することが出来る。

さらに、ＭＥＡ保持部１４は、その肉厚：ｔ２が、本体部１２の肉厚：ｔ１よりも薄くされている。そのようなＭＥＡ保持部１４の肉厚：ｔ２は、ＭＥＡ２０を確実に保持することが出来ると共に、射出成形が可能な範囲で、適宜に決定されることとなるが、好ましくは、０．１ｍｍ以上の厚さとされ、ここでは、０．１ｍｍとされている。

加えて、ガスケット１０においては、図１に示されるように、本体部１２の一部が薄肉とされることにより、複数（ここでは４つ）の流路部２２（２２ａ〜２２ｄ）が形成されている。具体的には、図３に示されるように、各流路部２２は、それぞれ、本体部１２に形成された複数の溝２３によって構成されており、セパレータ１８との間で、所定の断面積を有するガスの流路が形成されることとなる。図１に示されるように、ガスケット１０の本体部１２における一方の面（図１における紙面垂直方向手前側の面）に、孔１６ａとＭＥＡ保持部１４とを連通させる流路部２２ａ、及びＭＥＡ保持部１４と孔１６ｆとを連通させる流路部２２ｄが形成されており、本体部１２の他方の面（図１における紙面垂直方向奥側の面）には、ＭＥＡ保持部１４と孔１６ｃとを連通させる流路部２２ｂ、及び孔１６ｄとＭＥＡ保持部１４とを連通させる流路部２２ｃが形成されている。

そして、孔１６ａから供給され、流路部２２ａを通じて導入された燃料ガス（水素を含むガス）と、孔１６ｄより供給され、流路部２２ｃを通じて導入された酸素ガス（例えば空気）とが、ＭＥＡ２０の両面において、電池反応に供されることとなるのである。即ち、それら燃料ガスと酸素ガスとが、ＭＥＡ２０を挟んで、互いに対流せしめられ、ＭＥＡ２０を介して化学反応せしめられる。それにより生ずる燃料ガスと酸素ガスとの化学反応エネルギが、電気エネルギに変換されることにより、継続的に電力が発生せしめられるのである。反応後の燃料ガスは、流路部２２ｄを通じて、孔１６ｆから排出される一方、反応後の酸素ガスは、流路部２２ｂを通じて、孔１６ｃから排出されることとなる。

ここで、ガスケット１０の流路部２２ａ〜２２ｄにおける最薄部分（溝２３部分）の肉厚：ｔ３は、本体部１２の肉厚：ｔ１よりも薄くされている。かかる流路部２２ａ〜２２ｄの最薄部分の肉厚：ｔ３は、燃料ガス及び酸素ガスの流量等に応じて、適宜に決定されることとなるが、本実施形態では、０．２ｍｍとされている。

そして、かくの如き構造を有するガスケット１０は、本体部１２と流路部２２とＭＥＡ保持部１４とが、合成樹脂材料を射出成形することにより、一体的に形成されているのである。

そのようなガスケット１０を構成する合成樹脂材料としては、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、エポキシ、フェノール、不飽和ポリエステル及び熱可塑性エラストマー等を採用することが出来、加えて、これらの合成樹脂材料の変性物、並びに、これらのうちの複数種からなる混合材料を用いることも、可能である。

なお、本発明において、射出成形に供される合成樹脂材料としては、流動性が高いものが有利に用いられ、好ましくは、メルトマスフローレートが８０〜１２０ｇ／１０ｍｉｎである合成樹脂材料が用いられる。合成樹脂材料のメルトマスフローレートとは、ＪＩＳ Ｋ７２１０（試験温度：２３０℃、公称荷重：２．１６ｋｇ）に規定される方法によって測定されたものを意味する。

ところで、上述の如き構造を有する燃料電池用ガスケット１０は、以下のようにして製造されることとなる。

先ず、図４及び図５には、ガスケット１０を製造する際に好適に用いられる射出成形装置における成形用金型の一例が、示されている。成形用金型２４は、図４に示されるように、上下方向において互いに対向配置されて使用される、上型２６と下型２８より構成されている。上型２６の下面（下型２８との対向面）には、キャビティ形成凹所３０が設けられており、下型２８の上面（上型２６との対向面）には、キャビティ形成凹所３２、及びかかるキャビティ形成凹所３２の外方に形成された複数（図４においては１つのみ図示）のゲート形成凹所３４が、設けられている。

かくして、成形用金型２４にあっては、図示しない型締装置による下型２８の上型２６に対する相対的な接近移動により、上型２６と下型２８とが型閉じされるようになっている一方、型締装置による下型２８の上型２６に対する相対的な離隔移動により、上型２６と下型２８とが型開きされるようになっている。そして、上型２６と下型２８とが型閉じされたときに、上型２６のキャビティ形成凹所３０と、下型２８のキャビティ形成凹所３２との間で、ガスケット１０の外面形状に対応した形状を有する成形キャビティ（３６）が形成されることとなる。

また、上型２６には、下型２８のゲート形成凹所３４に対応する位置に、それぞれ、ゲート形成凹所３４に向かって延びるスプルー３８と、上型２６の下面に開口し、かかるスプルー３８とゲート形成凹所３４とを連通させるための円孔状のゲート孔４０とが、形成されている。即ち、図５に示されるように、上型２６の下面には、キャビティ形成凹所３０の外方部位に、かかるキャビティ形成凹所３０を全周に亘って取り囲むように、複数（ここでは１２個）のゲート孔４０が形成されているのである。これにより、上型２６と下型２８との型閉じ状態において、図示しない射出装置から射出される溶融した合成樹脂材料が、スプルー３８及びゲート孔４０を通じて、成形キャビティ（３６）内に導入されることとなる。なお、図５中において、４２及び４４は、それぞれ、流路部２２を形成するための、上型２６のキャビティ形成凹所３０の一部に設けられている凸部である。

なお、図示しない射出装置は、ガスケット１０を形成するための合成樹脂材料を射出可能な、例えばプランジャー式、インラインスクリュ式、プリプランジャー式、スクリュプリプランジャー式等の公知の構造を有するものであり、上型２６の上方に、上下方向に延出した状態で配置されている。

さらに、成形用金型２４には、上型２６及び下型２８のそれぞれの特定部分の温度を調整する機構が、設けられている。具体的には、図４に示されるように、上型２６に、キャビティ形成凹所３０の近傍に形成された第一媒体流路４６、及びかかる第一媒体流路４６よりも外側（ゲート孔４０側）に形成された第二媒体流路４８が設けられている一方、下型２８にも同様に、キャビティ形成凹所３２の近傍に形成された第一媒体流路５０、及びかかる第一媒体流路５０よりも外側に形成された第二媒体流路５２が設けられている。そして、それらの媒体流路４６、４８、５０、５２が、図示しない金型温度調整装置に接続されている。

そのような第一及び第二媒体流路４６、４８及び５０、５２が接続される金型温度調整装置は、公知のヒータや送水ポンプ等を内蔵し、外部から導入された熱媒体としての水を、ヒータにより予め設定された温度にまで加熱して熱水乃至は温水とすると共に、かかる熱水乃至は温水を、送水ポンプにより、媒体流路４６、４８、５０、５２に供給し、循環させるように構成されている。

ここで、本実施形態の成形用金型２４にあっては、上型２６の第一媒体流路４６及び下型２８の第一媒体流路５０とそれらに接続される金型温度調整装置内の流路（図示せず）とからなる第一循環路と、上型２６の第二媒体流路４８及び下型２８の第二媒体流路５２とそれに接続される金型温度調整装置内の流路（図示せず）とからなる第二循環路との二つの循環路が設けられ、それら二つの循環路内を、それぞれ独立して温度調整された熱水乃至は温水からなる熱媒体が、それぞれ独立して循環せしめられるようになっている。

そして、上記の如き構造を有する成形用金型２４を用いて、目的とするガスケット１０を製造する際には、例えば、以下のような手順に従って、その作業が進められることとなる。

すなわち、先ず、図６に示されるように、成形用金型２４を構成する上型２６及び下型２８を型閉じして、上型２６のキャビティ形成凹所３０と下型２８のキャビティ形成凹所３２とによって、成形キャビティ３６を形成する。ここで、成形キャビティ３６においては、その外側部分に、本体部１２を成形するための本体部成形部位５４が形成されると共に、かかる本体部成形部位５４の内側に、ＭＥＡ保持部１４を成形するためのＭＥＡ保持部成形部位５６が形成されることとなる。

また、本体部成形部位５４の外側には、上型２６の下面と下型２８のゲート形成凹所３４とによって、溶融した合成樹脂材料の射出成形のための複数のゲート５８が形成される。かかるゲート５８は、ゲート孔４０を介して、スプルー３８と成形キャビティ３６とに連通されている。これにより、射出装置から射出された合成樹脂材料が、各ゲート５８を通じて、成形キャビティ３６内に導入されるようになっている。

そして、本実施形態の成形用金型２４においては、成形キャビティ３６内に、合成樹脂材料を射出し、充填する操作を行なう前に、上型２６及び下型２８のそれぞれの特定部分の温度が、それぞれ、予め設定された目標温度になるように調整されるようになっている。

具体的には、上述したような金型温度調整装置を連続的に作動せしめることで、上型２６の第一媒体流路４６と下型２８の第一媒体流路５０とを含む第一循環路と、上型２６の第二媒体流路４８と下型２８の第二媒体流路５２とを含む第二循環路との二つの循環路内において、異なる温度に調整された熱媒体の循環が、それぞれ独立して行なわれるのであり、以て、それら上型２６と下型２８との間に形成される成形キャビティ３６内の特定部位の温度が、それぞれ、予め設定された目標温度とされるのである。

そして、ここでは、上型２６及び下型２８のＭＥＡ保持部成形部位５６側（内側）に配設された第一媒体流路４６及び５０内を流通する熱媒体の温度が、上型２６及び下型２８の本体部成形部位５４側（外側）に配設された第二媒体流路４８及び５２内を流通する熱媒体の温度よりも高くされていることにより、ＭＥＡ保持部１４を成形するためのＭＥＡ保持部成形部位５６の温度が、本体部１２を成形するための本体部成形部位５４の温度よりも高い状態となるように、調整されているのである。

なお、それらＭＥＡ保持部成形部位５６及び本体部成形部位５４の目標温度は、使用される合成樹脂材料や、成形されるＭＥＡ保持部１４の肉厚（ｔ２）及び本体部１２の肉厚（ｔ１）等に応じて、適宜に設定されることとなるが、好ましくは、ＭＥＡ保持部成形部位５６の温度が８０〜１００℃の範囲となり、本体部成形部位５４の温度が５０〜８０℃の範囲となるように、調整される。なお、ガスケット１０の形成材料として、後述する、ポリプロピレン材料と変性ポリプロピレン材料の混合材料を用いる場合には、ＭＥＡ保持部成形部位５６内の温度が１００℃程度となるように、また、本体部成形部位５４内の温度が８０℃程度となるように、各々、調整される。

次いで、このように成形キャビティ３６内の温度が調整された状態下において、射出装置から、溶融せしめられた合成樹脂材料（６０）を射出して、成形キャビティ３６内に充填せしめるのである。

なお、本実施形態においては、合成樹脂材料として、高い流動性を有するポリプロピレン材料と、かかるポリプロピレン材料の変性物である変性ポリプロピレン材料とを、予め溶融状態にて混練せしめてなる混合材料が用いられている。そのような混合材料は、十分な流動性を発揮する一方、製造されたガスケット１０が、セパレータ１８との間で適度な密着性（シール性）を発揮することとなるため、ガスケット１０の形成材料として、好ましく使用されることとなる。

図７には、溶融した合成樹脂材料６０が、成形キャビティ３６内に射出され、充填途上にある状態が示されている。そこにおいて、ゲート５８を通じて成形キャビティ３６内に射出された合成樹脂材料６０の流れは、図中の白抜き矢印にて示されるような方向に、指向するようになるのである。即ち、ゲート５８が、成形キャビティ３６の外側に配設されているために、合成樹脂材料６０は、先ず、本体部成形部位５４内に充填され、その後、ＭＥＡ保持部成形部位５６内に充填されることとなる。

また、溶融した合成樹脂材料６０は、高速で射出されることが好ましく、そのため、本実施形態では、合成樹脂材料６０を高速で射出することが可能な射出装置が用いられ、かかる射出装置における設定値で８００ｍｍ／ｓの射出速度において、合成樹脂材料６０が射出され、充填されることとなる。なお、望ましくは、成形キャビティ３６内に、溶融した合成樹脂材料６０を、８００ｍｍ／ｓ以上の射出速度で、射出し、充填する。

かくして、成形キャビティ３６内に、溶融した合成樹脂材料６０を射出、充填し、成形用金型２４（成形キャビティ３６）内において、充填された合成樹脂材料６０の固化が完了した後に、成形用金型２４の上型２６と下型２８とが型開きされ、図８に示されるような、射出成形品６２が得られる。このとき、上型２６と下型２８との型開きによって、ゲート孔４０部位に、不可避的にゲート痕６４が残ることとなるが、本実施形態にて得られる射出成形品６２にあっては、ゲート痕６４が、本体部１２の外側に一体的に形成された複数のゲート部６６に形成されるようになっている。

そして、得られた射出成形品６２に対して、打ち抜き加工（プレス加工）を実施して、孔１６ａ〜１６ｆの形成と同時に複数のゲート部６６の除去を行なうことにより、図１に示されるガスケット１０が製造されるのである。

以上の説明から明らかなように、本発明に従うガスケット１０は、枠形状を呈する本体部１２と、かかる本体部１２の一部が薄肉とされることにより形成される流路部２２とを有しているところから、本体部１２においてセパレータ１８、１８間のシール機能が発揮されることに加えて、流路部２２において燃料電池セル内におけるガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の流通を効果的に行なわしめることが出来るようになっている。

従って、セパレータ１８、１８に対して、燃料電池セル内におけるガスの流通の確保を目的とした流路部を形成するための２次加工（切削加工）を行なうことが不要となるのであり、これによって、燃料電池全体の製造コストを低減することが可能となるのである。

しかも、ガスケット１０を構成する本体部１２、流路部２２、及び本体部１２の内縁側に設けられたＭＥＡ保持部１４とが、合成樹脂材料を射出成形することにより、一体的に形成されているところから、ガスケット１０を形成するための合成樹脂材料を無駄なく利用して、合成樹脂材料の歩留まりを向上することが可能になると共に、所望の形態（肉厚）を有する流路部２２及びＭＥＡ保持部１４が有利に形成されることとなるのである。

また、本実施形態のガスケット１０においては、本体部１２の肉厚：ｔ１が０．８ｍｍとされている一方、ＭＥＡ保持部１４の肉厚：ｔ２が０．１ｍｍとされており、且つ流路部２２の最薄部分の肉厚：ｔ３が０．２ｍｍとされている。かくして、本体部１２の肉厚：ｔ１に対して、ＭＥＡ保持部の肉厚：ｔ２及び流路部２２の最薄部分の肉厚：ｔ３が十分に小さくされている。これにより、本体部１２、ＭＥＡ保持部１４、及び流路部２２のそれぞれに要求される性能が、バランスよく達成されたガスケット１０となっている。

すなわち、本体部１２の肉厚：ｔ１が、十分なシール性を発揮するために必要な潰し代が確保される厚さとされている一方、ＭＥＡ保持部１４の肉厚：ｔ２が、燃料電池セル、ひいては燃料電池全体の小型化に有利に寄与する厚さとされており、且つ流路部２２の最薄部分の肉厚：ｔ３が、かかる流路部２２の断面積を確保して、ガスをスムーズに流通せしめることが出来る厚さとされているのである。なお、従来から実施されている、シート材のプレス加工によるガスケットの製造においては、一般的に、製品の最大肉厚部の肉厚（ここではｔ１）に対する最小肉厚部の肉厚（ここではｔ２）の比が、１／８以下となると、製造が技術的に困難である。

従って、本体部１２の肉厚：ｔ１に対するＭＥＡ保持部１４の厚さ：ｔ２の比、及び、本体部１２の肉厚：ｔ１に対する流路部２２ａ〜２２ｄにおける最薄部分の肉厚：ｔ３の比のうち少なくとも何れか一方が、１／８以下となるように設定されることで、本発明の利益をより有利に享受することが出来ることとなるのである。

さらに、ガスケット１０は、メルトマスフローレートが８０〜１２０ｇ／１０ｍｉｎである、流動性が高い合成樹脂材料を用いて形成されているところから、欠肉（ショートショット）等の成形不良の発生が抑制され、以て、ガスケットとして要求される性能を有利に発揮することが出来るようになっている。

そして、上述せる如き燃料電池用ガスケット１０の製造方法にあっては、ＭＥＡ保持部成形部位５６の温度が、本体部成形部位５４の温度よりも高い状態にて、成形キャビティ３６に、溶融した合成樹脂材料６０を射出し、充填することにより、ＭＥＡ保持部成形部位５６での合成樹脂材料６０の流動性が良好に維持されることとなるところから、薄肉のＭＥＡ保持部１４を有利に成形することが可能である。また、成形キャビティ３６内において、ＭＥＡ保持部１４よりも厚肉の本体部１２が、ＭＥＡ保持部１４に対して相対的に早めに硬化せしめられることとなるところから、本体部１２とＭＥＡ保持部１４との収縮の差によって、製造されるガスケット１０において歪みや反りが発生することを有利に阻止することが出来る利点もある。

なお、本実施形態においては、そのようなＭＥＡ保持部成形部位５６及び本体部成形部位５４の温度が、二つの循環路を備える金型温度調整装置によって、効率的に調整されるようになっている。即ち、成形用金型２４において、ＭＥＡ保持部成形部位５６側（内側）に配設された第一媒体流路４６及び５０を含む第一循環路内を流通せしめられる熱媒体の温度が、本体部成形部位５４側（外側）に配設された第二媒体流路４８及び５２を含む第二循環路内を流通せしめられる熱媒体の温度よりも高くされていることにより、容易に、ＭＥＡ保持部成形部位５６の温度を本体部成形部位５４の温度よりも高い状態に調整することが、出来るのである。

また、本体部成形部位５４の外側に設けられた複数のゲート５８から、成形キャビティ３６内に溶融した合成樹脂材料６０を射出し、充填することにより不可避的に形成されるゲート痕（凸部）６４が、本体部１２の外側に形成されるゲート部６６に形成されるようになっているところから、ガスケット１０の本体部１２表面には、ゲート痕６４が残らないようになっている。従って、そのようなゲート痕６４によって、本体部１２のシール性が低下したり、燃料電池が大型化してしまう問題を、本発明に係るガスケット１０においては有利に回避することが出来るのである。

さらに、本体部成形部位５４を全周に亘って取り囲むように複数のゲート５８が形成されている（図５に示される、複数のゲート孔４０の配設形態参照）ところから、各ゲート５８から成形キャビティ３６内に射出され、充填される合成樹脂材料６０の流動長が有利に短くされている。そのため、合成樹脂材料６０が有利に流動性を保ったまま成形キャビティ３６内を流動せしめられることとなり、以て、欠肉やウエルドライン等の成形不良の発生が有利に抑制されることとなる。

加えて、合成樹脂材料６０を高速で射出することにより、合成樹脂材料６０は成形キャビティ３６内で効果的に流動し、成形不良の発生が有利に阻止される。なお、合成樹脂材料６０を高速で射出することに伴なって、成形用金型２４に掛かる圧力が高くなるため、成形用金型２４の歪みや、成形される射出成形品６２においてバリが発生する恐れがある。それらの不具合を阻止するためには、成形用金型２４において、高い型締め力に耐え得る、硬く、歪み難い金型材料を使用したり、成形用金型２４（上型２６及び下型２８）の厚さを十分に厚くする等の対策を施すことが、好ましい。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、ガスケットの形態は、上述の態様に何等限定されるものではなく、要求特性及びレイアウト（セパレータの形態）等に応じて適宜に設計され得るものである。また、ガスケット（本体部）におけるシール性をより一層向上せしめるために、かかる本体部に凸状の筋を設けることも可能である。

また、図９に示されるようにして、射出成形品６２において、ＭＥＡ保持部１４の更に内側（内縁）に余肉部６８（図９における二点鎖線より内側の部分）を形成することも有効である。このような余肉部６８を形成することにより、射出成形時に薄肉のＭＥＡ保持部１４の内縁部の一部（例えば、図９におけるＤ部）に欠肉等の成形不良が発生した場合であっても、孔１６の形成及びゲート部６６の除去を行なうためのプレス加工の際に、かかる余肉部６８を除去することで、成形不良の発生箇所も同時に除去することが出来ることとなる。

さらに、本体部成形部位及びＭＥＡ保持部成形部位の温度を調整するために用いられる熱媒体としては、例示の水に限られず、公知の油（オイル）等を用いることも可能である。更にまた、それら本体部成形部位及びＭＥＡ保持部成形部位の温度を調整する手段としては、例示されている熱媒体としての水を用いる構造のものに代えて、或いはそれに加えて、成形用金型に埋設された電気ヒータ等の公知の加熱機器にて、成形キャビティ内の温度を調整するようにした構造のものを用いても良い。

加えて、前述の実施形態のように、予め設定された温度に調整された熱媒体（水）によって成形キャビティ（本体部成形部位、ＭＥＡ保持部成形部位）の温度を調整する他、例えば、熱電対等の温度センサを設けて成形キャビティ内の温度を直接測定し、その測定値に基づいて、適宜に温度が変更（制御）された熱媒体によって、そのような成形キャビティ内の温度を調整するようにすることも可能である。

なお、ガスケットを射出成形する際においては、例示の手法に加え、以下に挙げるような公知の種々の改良を加えることも出来る。

例えば、超音波射出成形手法を採用することによって、合成樹脂材料の流動性を大きく改善することが出来る。即ち、成形用金型全体を超音波振動により共振させながら射出成形を行なうことで、溶融した合成樹脂材料と成形キャビティの内面との間で滑りを発生させて、射出の際の流動抵抗を低減させることが出来る。

また、成形キャビティ内における合成樹脂材料の流動性を向上させるために、成形キャビティの内面を合成樹脂材料との接触角が大きい材料によって表面処理することも出来る。これにより、合成樹脂材料と成形キャビティ内面との間に滑りを発生させ、流動抵抗を低減させることが出来る。

さらに、ゲートは、例示の形態に何等限られず、公知の各種の形態を採用することが可能である。例えば、幅広のフィルムゲートを採用することで、成形キャビティ内における合成樹脂材料の流動長を更に有利に短縮し、成形不良の発生を効果的に抑制することも出来る。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、そして、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

１０ ガスケット １２ 本体部
１４ ＭＥＡ保持部 １８ セパレータ
２０ ＭＥＡ ２２ａ〜２２ｄ 流路部
２３ 溝 ２４ 成形用金型
２６ 上型 ２８ 下型
３６ 成形キャビティ ４０ ゲート孔
４６、５０ 第一媒体流路 ４８、５２ 第二媒体流路
５４ 本体部成形部位 ５６ ＭＥＡ保持部成形部位
５８ ゲート ６０ 合成樹脂材料
６２ 射出成形品 ６４ ゲート痕
６６ ゲート部

Claims (5)

1. 燃料電池を構成するセパレータの間をシールするための燃料電池用ガスケットであって、
   枠形状を呈する本体部と、
   前記本体部の一部が薄肉とされることにより形成される流路部と、
   前記本体部の内縁側に設けられ、該本体部よりも薄肉のＭＥＡ保持部と、を有し、
   それら本体部、流路部及びＭＥＡ保持部が、合成樹脂材料を射出成形することによって、一体的に形成されていることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
2. 前記本体部の肉厚に対する前記流路部における最薄部分の肉厚の比、及び、前記本体部の肉厚に対する前記ＭＥＡ保持部の肉厚の比のうちの少なくとも何れか一方が、１／８以下である請求項１に記載の燃料電池用ガスケット。
3. 前記合成樹脂材料のメルトマスフローレートが８０〜１２０ｇ／１０ｍｉｎである、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用ガスケット。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の燃料電池用ガスケットの製造方法であって、
   前記本体部を与える本体成形部位と、前記ＭＥＡ保持部を与えるＭＥＡ保持部成形部位とを有する成形キャビティを備えた成形用金型を用いて、該ＭＥＡ保持部成形部位の温度を、該本体部成形部位の温度よりも高い状態とし、かかる状態にて、前記成形用金型における、前記本体部成形部位より外側に設けられた複数のゲートより、前記成形キャビティ内に、溶融した前記合成樹脂材料を射出し、充填することを特徴とする燃料電池用ガスケットの製造方法。
5. 前記溶融した合成樹脂材料を、前記成形キャビティ内に８００ｍｍ／ｓ以上の射出速度で射出し、充填する請求項４に記載の燃料電池用ガスケットの製造方法。
   

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