JP2017116028A - Frame-integrated gasket and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池やその他の機器に用いられ補強フレームを一体に有するフレーム一体ガスケット及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a frame-integrated gasket that is used in a fuel cell and other devices and integrally includes a reinforcing frame, and a method for manufacturing the same.
燃料電池は、基本的には電解質膜の両面に一対の電極層を設けたMEA(膜−電極複合体)を備える発電体を、セパレータで挟持して燃料電池セルとし、更にこの燃料電池セルを多数積層したスタック構造となっている。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(カソード)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(アノード)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。 In a fuel cell, basically, a power generator including MEA (membrane-electrode composite) provided with a pair of electrode layers on both surfaces of an electrolyte membrane is sandwiched between separators to form a fuel cell. It has a stack structure in which many are stacked. Then, an oxidizing gas (oxygen) is supplied to one catalytic electrode layer (cathode) from an oxidizing gas flow path formed on one side of each separator, and a fuel gas flow formed on the other side of each separator. Electric power is generated by an electrochemical reaction that is supplied from the channel to the other catalyst electrode layer (anode) and is a reverse reaction of water electrolysis, that is, a reaction that generates water from hydrogen and oxygen.
燃料電池スタックでは、1つのセル内にカソードガス(酸化ガス)層、アノードガス(燃料ガス)層、冷媒層を有し、燃料電池スタックは、たとえば1台につき400〜500セルが積層され、すなわち1000層を超える流体層を有するものがある。そして、これらの流体層は、層内を流通する流体が漏洩することのないように密封する必要がある。密封の手段としては、発電体における反応面の外周に沿ってシール手段を設け、さらに、必要に応じて流体の供給・排出用のマニホールド穴を囲うようにシール手段を設けることが知られている。そしてこのようなシール手段としては、ゴム又は熱可塑性エラストマーなどのゴム状弾性体からなるガスケットや、リジッドな接着剤が使用される。 The fuel cell stack has a cathode gas (oxidizing gas) layer, an anode gas (fuel gas) layer, and a refrigerant layer in one cell, and the fuel cell stack has, for example, 400 to 500 cells stacked one by one. Some have more than 1000 fluid layers. These fluid layers need to be sealed so that the fluid flowing through the layers does not leak. As sealing means, it is known to provide sealing means along the outer periphery of the reaction surface of the power generation body, and further to provide sealing means so as to surround the manifold holes for supplying and discharging fluid as required. . As such a sealing means, a gasket made of a rubber-like elastic body such as rubber or thermoplastic elastomer, or a rigid adhesive is used.
ゴム状弾性体からなるガスケットの場合、燃料電池セルを構成するセパレータなどの積層部材に一体的に成形することが好ましい。その理由は、燃料電池スタックの組立の際に省力化できるからである。しかしながら燃料電池スタックの構造によっては、ある程度サブアッセンブリされたユニットの間や、ユニットと最も外側の部材(例えば集電板)との間などの密封手段としては、ゴム単体からなるガスケットが使用されることがある。このゴム単体ガスケットは、自動車用燃料電池のセパレータほどの領域をシールするとなると、剛性が小さいためシール溝へ組み付ける際に捩れてしまいやすく、したがって作業性が悪く、機械化も難しいことから、装着作業を手作業によって行わざるを得ず、結果として膨大な作業工数が必要となってしまう。 In the case of a gasket made of a rubber-like elastic body, it is preferable to integrally form a laminated member such as a separator constituting the fuel cell. The reason is that labor can be saved when the fuel cell stack is assembled. However, depending on the structure of the fuel cell stack, a gasket made of a single rubber is used as a sealing means between the units that are subassembled to some extent or between the unit and the outermost member (eg, current collector plate). Sometimes. This single rubber gasket seals an area as large as a fuel cell separator for automobiles, and since it has low rigidity, it is likely to be twisted when assembled into a seal groove, so that workability is poor and mechanization is difficult. It must be done manually, and as a result, a huge amount of work is required.
そこで従来、例えば図5及び図6に示すように、ゴム状弾性体からなるガスケット本体101を、合成樹脂製フィルムからなる補強用のフレーム102に一体に成形することによって、組み付け時のハンドリング性を向上させたフレーム一体ガスケット100が知られている(例えば下記の特許文献参照)。
Therefore, conventionally, as shown in FIGS. 5 and 6, for example, a
しかしながら、従来のフレーム一体ガスケット100は、図7に示すように、フレーム102が、合成樹脂製のフィルム、シート、あるいはプレートなどの扁平材を枠状に打ち抜くことによって製作されるため、実際にフレームとして使用される部分の何倍もの材料が無駄になってしまい、したがって材料の歩留まりが悪いものであった。
However, as shown in FIG. 7, the conventional frame-integrated
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、フレーム用材料の歩留まりの良いフレーム一体ガスケットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its technical problem is to provide a frame-integrated gasket with a high yield of frame material.
上述した技術的課題を解決するため、請求項1の発明に係るフレーム一体ガスケットは、フレームと、前記フレームに一体的に接合されたゴム状弾性体製のガスケット本体からなり、前記フレームは、幅方向両端が前記ガスケット本体の厚さ方向両側を向いた状態でループ状に延びる帯状体からなることを特徴とするものである。
In order to solve the above-described technical problem, a frame-integrated gasket according to the invention of
また、請求項2の発明に係るフレーム一体ガスケットの製造方法は、請求項1に記載のフレーム一体ガスケットを製造するための方法であって、細長く扁平な帯状体を厚さ方向へ屈曲してループ状に延びるフレームを得る工程と、前記フレームにゴム状弾性体製のガスケット本体を一体に成形する工程と、からなることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the frame-integrated gasket according to the first aspect of the present invention, wherein the frame-integrated gasket is manufactured by bending an elongated flat strip in the thickness direction. And a step of integrally forming a rubber-made elastic gasket main body on the frame.
また、請求項3の発明に係るフレーム一体ガスケットの製造方法は、請求項2に記載の方法において、帯状体が、扁平材を細長く切断する工程で製作されることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a frame-integrated gasket according to the second aspect of the present invention, wherein the belt-like body is produced in a process of cutting a flat material into a long and narrow shape.
本発明に係るフレーム一体ガスケット及びその製造方法によれば、ガスケット本体と一体のフレームが、帯状体を厚さ方向へ屈曲することによってループ状に形成したものであるため、フレーム用の材料の歩留まりを向上することができる。 According to the frame-integrated gasket and the method of manufacturing the same according to the present invention, the frame integrated with the gasket body is formed in a loop shape by bending the belt-like body in the thickness direction, so that the yield of the material for the frame is increased. Can be improved.
以下、本発明に係るフレーム一体ガスケット及びその製造方法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。 Hereinafter, preferred embodiments of a frame-integrated gasket and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
まず図1は、本発明に係るフレーム一体ガスケットの好ましい実施の形態を示すものであって、燃料電池に組み付けられるものであり、不図示の燃料電池セルの外周部に沿ってループ状に延びるフレーム1と、このフレーム1に一体的に接合されたガスケット本体2からなる。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a frame-integrated gasket according to the present invention, which is assembled to a fuel cell and extends in a loop shape along the outer periphery of a fuel cell (not shown). 1 and a gasket
フレーム1は、幅方向両端11a,11bがガスケット本体2の厚さ方向(図1における上下方向)両側を向いた状態でループ状に延びる合成樹脂製の帯状体11からなるものである。
The
ガスケット本体2は、ゴム状弾性体でフレーム1に一体に成形されたものであって、外周がフレーム1を被覆した状態でこのフレーム1に接合された接合部21と、この接合部21の内周(フレーム1の内周)に沿って延びる板状の基部22と、この基部22の厚さ方向両面から山形をなして隆起形成されたシールビード23,24を備える。また、シールビード23,24の、基部22からの隆起高さh2は、フレーム1を被覆している接合部21の、基部22からの隆起高さh1よりも高いものとなっており、隆起高さh1,h2は、組み付け状態におけるシールビード23,24の圧縮量を考慮して適切に設定されている。
The
上記構成を備えるフレーム一体ガスケットによれば、フレーム1が細長い帯状体11からなるものではあるが、その幅方向両端11a,11bがゴム状弾性体からなるガスケット本体2の基部22の厚さ方向を向くようにガスケット本体2と一体化され、すなわち図1に示す断面において、基部22とフレーム1が互いに略垂直に接合されているため、ガスケット全体としての機械的強度が高く、したがって、不図示の燃料電池セルに組み付ける際の作業性を向上させることができる。
According to the frame-integrated gasket having the above-described configuration, the
上記構成を備えるフレーム一体ガスケットは、以下に説明する工程によって製造されたものである。 A frame-integrated gasket having the above-described configuration is manufactured by a process described below.
すなわち、まず図2に示すように、合成樹脂からなる扁平材10を、互いに平行な方向へ直線状に切断することによって、細長く扁平な、所要の長さの帯状体11を切り出す。ここで、扁平材10は、フィルム、シート、プレート等を総称するものである。
That is, first, as shown in FIG. 2, the
次に、切り出した合成樹脂の帯状体11を、その厚さ方向へ屈曲することによって、図3に示すようにループ状に延びるフレーム1を成形し、このフレーム1をガスケット成形用金型3にセットする。
Next, by bending the cut
ガスケット成形用金型3は、例えば下型31と上型32からなるものであって、下型31の上面には、図1に示すガスケット本体2の接合部21の下半部と対応する形状をなす外周賦形溝31aと、その内周に沿って延び、図1に示すガスケット本体2の基部22の下半部及び下側のシールビード23と対応する形状をなす内周賦形溝31bが形成され、上型32の下面には、下型31の外周賦形溝31aと上下対称で図1に示すガスケット本体2の接合部21の上半部と対応する形状をなす外周賦形溝32aと、下型31の内周賦形溝31bと上下対称で、図1に示すガスケット本体2の基部22の上半部及び上側のシールビード24と対応する形状をなす内周賦形溝32bが形成されている。
The
そして、ガスケット成形用金型3へのフレーム1のセットは、図3に示すように型開きした状態で下型31の外周賦形溝31aにフレーム1を挿入してから、図4に示すように下型31に上型32を衝合して型締めすることによって行われる。なお、フレーム1は、下型31の外周賦形溝31a内に設けられた不図示の支持手段によって、外周賦形溝31a,32a間に遊嵌状態で支持されるようになっており、幅方向両端11a,11bが下型31と上型32の対向方向を向いた状態でセットされる。
Then, the
次に、図4に示す型締め状態において、下型31の外周賦形溝31a及び内周賦形溝31bと上型32の外周賦形溝32a及び内周賦形溝32bとの間に画成されるガスケット成形用キャビティ33に、例えば上型32に開設した不図示の注入口を通じて、成形用ゴム材料を充填し、架橋硬化させる。ガスケット成形用キャビティ33に充填された成形用ゴム材料のうち、外周賦形溝31a,32aとフレーム1との間の隙間に賦形された部分は、架橋硬化によってフレーム1と一体化されて、図1に示すガスケット本体2の接合部21として成形され、内周賦形溝31b,32b間に賦形された成形用ゴム材料は、架橋硬化によって、図1に示すガスケット本体2の基部22及びシールビード23,24として成形される。
Next, in the mold clamping state shown in FIG. 4, a gap is formed between the outer
したがって、その後ガスケット成形用金型3を型開きすることによって、図1に示すフレーム一体ガスケットを取り出すことができる。 Accordingly, the frame-integrated gasket shown in FIG. 1 can be taken out by opening the gasket molding die 3 thereafter.
そして、上述したフレーム一体ガスケットの製造では、ガスケット本体2と一体化されるフレーム1が、合成樹脂からなる帯状体11を厚さ方向へ屈曲することによってループ状に形成したものであり、帯状体11は、図2に示すように、フィルム、シート、プレート等の扁平材10を細長く切断することによって製作されるものであるため、1枚の扁平材10から複数のフレーム1を製作することができ、したがって、扁平材10を枠状に打ち抜くことによってフレームを製作する場合のような材料の無駄が著しく減少し、材料の歩留まりを向上することができる。
In the manufacture of the frame-integrated gasket described above, the
なお、上述した工程において、フレーム1は、帯状体11の長手方向両端を互いに接合して閉ループ状としても良いが、ガスケット本体2と一体接合されるため、必ずしも両端を接合しなくても良い。
In the above-described process, the
1 フレーム
10 扁平材
11 帯状体
11a,11b 幅方向両端
2 ガスケット本体
3 ガスケット成形用金型
31 下型
32 上型
31a,32a 外周賦形溝
31b,32b 内周賦形溝
33 ガスケット成形用キャビティ
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